ES2240169T5 - Procedimiento y dispositivo para accionar una maquina de combustion interna con un sistema de alimentacion de aire. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el control de un motor de combustión interna con un sistema de aire, en el que por medio de al menos un modelo se determina al menos una variable, que caracteriza el sistema de aire, a partir de al menos una variable de ajuste y de al menos una variable de medición, que caracteriza el estado del aire del medio ambiente, caracterizado porque el modelo comprende al menos un primer modelo parcial y un segundo modelo parcial, en el que las variables de salida son determinadas por medio de un modelo parcial a partir de las variables de entrada, porque como variables de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta, además de al menos una variable de salida de un segundo modelo parcial, adicionalmente la variable de ajuste y la variable de medición, en el que como variable de ajuste se tiene en cuenta al menos una variable, que caracteriza la cantidad de combustible a inyectar.

Description

Procedimiento y dispositivo para accionar una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire.

La presente invención comprende un procedimiento y un dispositivo para el accionamiento de una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire.

Un procedimiento y un dispositivo para el accionamiento de una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire se conoce, por ejemplo, por la memoria DE 197 56 619. Allí se describe un sistema para accionar una máquina de combustión interna, especialmente, en un vehículo, en el cual el aire es suministrado a una cámara de combustión a través de una válvula de mariposa dispuesta en un tubo de aspiración, asimismo, el flujo de masas se determina mediante la válvula de mariposa. A su vez, en una conducción de recirculación de gas de escape está dispuesta una válvula, asimismo, el flujo de masas es determinado a través de la válvula en la conducción de recirculación de gas de escape. Partiendo de ambos flujos de cantidad de aire se determina el flujo de masa de aire en la cámara de combustión. En este dispositivo es problemático que las diferentes magnitudes requeridas para el cálculo sólo pueden ser detectadas con dificultad mediante sensores. Por ello es desventajoso que se requiera una gran cantidad de sensores para la detección de las diferentes magnitudes.

Otro procedimiento y un dispositivo para el accionamiento de una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire son conocidos a través de la memoria EP-A-0845586. Mediante un modelo se calcula la presión en el sistema de aspiración, partiendo de diferentes magnitudes, como la presión tras la válvula de mariposa, la presión y la temperatura del aire del entorno así como de variables de ajuste, como, por ejemplo, de la válvula de mariposa, de la válvula de recirculación de gas de escape y/o de la válvula de entrada. Partiendo de estas magnitudes y otras magnitudes, se modela el sistema de alimentación de aire.

Además, en la revista MTZ "Motortechnische Zeitschrift" (Revista de técnica para motores), en las páginas 186-192 (año 60/número 3 ISSN 0024-8525) se describe un modelo para el tramo de regulación de un motor Diesel. Se describe, especialmente, un modelo para la turbina, el motor, el compresor y la recirculación de gas de escape. El modelo para la recirculación de gas de escape procesa variables de ajuste, magnitudes de medición y magnitudes de salida de otros modelos.

Ventajas de la invención

Con las combinaciones de características de las reivindicaciones independientes es posible determinar, al menos, una magnitud que caracterice al sistema de alimentación de aire. A su vez, solamente se requieren algunas magnitudes de medición que se pueden determinar fácilmente mediante sensores simples y económicos. Además se requieren magnitudes presentes en el accionamiento de la máquina de combustión interna, dentro del mecanismo de mando.

Dibujo

La invención se explica, a continuación, a partir de los modos de ejecución representados en el dibujo. Se muestra:

Figura 1 una representación esquemática de la máquina de combustión interna con el sistema de alimentación de aire,

Figura 2 el modelo completo del sistema de alimentación de aire en un diagrama de bloques y

Las figuras 3 a 8 muestran los diferentes modelos parciales como diagramas de bloques. Descripción de los ejemplos de ejecución

A continuación se describe el modo de proceder acorde a la invención, a partir del ejemplo de una máquina de combustión interna Diesel. Pero la invención no se limita a la aplicación en máquinas de combustión interna Diesel, también se puede utilizar en otras máquinas de combustión interna, especialmente, en el caso de máquinas de combustión interna de gasolina con inyección directa.

A una máquina de combustión interna 100 se le suministra una determinada cantidad de gas ML22 que contiene un determinado tenor de oxígeno M022 , a través de una conducción de aire fresco de alta presión 102. La magnitud MO22 también se denomina tenor de oxígeno antes de la combustión. La conducción de aire fresco de alta presión 102 consiste en dos partes. Una primera parte está identificada con 102a, una segunda, con 102b. La primera parte corresponde a la conducción hasta el adicionado de gas de escape. La segunda parte 102b corresponde a la conducción tras el adicionado de gas de escape. La primera parte 102a puede incluir un refrigerador del aire de admisión 104. El aire en la primera parte de la conducción de aire fresco de alta presión 102a posee una temperatura T2 y una presión P2.

A través de la conducción de aire fresco de baja presión 108, el aire del entorno es conducido hasta un compresor 106 y luego fluye a través del refrigerador de aire de admisión 104 a la conducción de aire fresco de alta presión 102. A través del compresor ingresa la cantidad de aire ML21 con el tenor de oxígeno M021 a la conducción de aire fresco de alta presión 102. La cantidad de aire ML21 con el tenor de oxígeno MO21 que fluye por la conducción de aire fresco de baja presión 108, corresponde a la cantidad de aire con el correspondiente tenor de oxígeno y que fluye por el compresor 106 o por el refrigerador del aire de admisión 104. La temperatura T1 y la presión P1 reinantes en la conducción de aire fresco de baja presión 108 corresponden a las condiciones del entorno, es decir, a la presión del entorno y a la temperatura del entorno.

Desde la máquina de combustión interna 100 fluye la cantidad de aire ML31 con el tenor de oxígeno MO31 a una conducción de gas de escape de alta presión 110. La magnitud MO31 también se denomina tenor de oxígeno tras la combustión. En la conducción de gas de escape de alta presión 110 reina la temperatura T3 y la presión P3. Estos valores también se denominan presión de gas escape P3 y temperatura de gas de escape T3.

Una cantidad de aire ML32 es conducida desde la conducción de gas de escape de alta presión 110 a una turbina 112, y también es denominada cantidad de aire a través de la turbina. De la turbina 112, el gas de escape es conducido a una conducción de gas de escape de baja presión 114, que también se denomina conducción de escape 114. En la conducción de gas de escape de baja presión reina la temperatura T4 y la presión P4.

La turbina 112 acciona el compresor 106 a través de un árbol 111. El número de revoluciones NL del árbol se denomina número de revoluciones del cargador. Mediante un ajustador del cargador 113 se puede influir en la característica de la turbina y con ello, en todo el cargador. Para la activación, al ajustador del cargador 113 se le aplica una señal de activación LTV lo que provoca, como consecuencia, un desplazamiento del cargador a lo largo de la distancia de una carrera LH. La magnitud LH también se denomina carrera del cargador, y la magnitud LTV, relación de impulsos del cargador.

Entre la conducción de gas de escape de alta presión 110 y la conducción de aire fresco de alta presión 102 existe una unión denominada conducción de recirculación de gases de escape 116. A través de esta conducción de recirculación de gases de escape 116 fluye la cantidad de aire MA, que contiene el tenor de oxígeno MOA. El corte transversal de la conducción de recirculación de gases de escape 116 es accionable, preferentemente, mediante una válvula recirculación gases escape 118. Para la activación se le aplica al regulador de recirculación de gases de escape 119 una señal de activación ATV, lo cual tiene como consecuencia un desplazamiento de la válvula de recirculación de gases escape 118 a lo largo de la distancia de una carrera AH. La magnitud AH también se denomina carrera de recirculación de gases de escape, y la magnitud LTV, relación de impulsos de recirculación de gases de escape.

El número de revoluciones N en la manivela y/o en el árbol de levas de la máquina de combustión interna se registra preferentemente mediante un sensor de número de revoluciones 101. Por los demás, están previstos elementos reguladores de cantidad (dosificadores) 103 que determinan la cantidad de combustible por inyectar ME que se suministra a la máquina de combustión interna. Para ello se le suministra una señal de cantidad ME a los reguladores 103.

Para el control preciso de la máquina de combustión interna o de los reguladores 118 y 113 deberían conocerse varias de las magnitudes representadas. Se debería conocer, sobre todo, la cantidad de oxígeno, es decir, el tenor de oxígeno M022 que se le suministra a la máquina de combustión interna. La cantidad de oxígeno determina, junto con la cantidad de combustible inyectada ME, las emisiones de gas de escape, especialmente, las emisiones de hollín en máquinas de combustión interna Diesel. Por lo demás, es ventajoso si se conocen los diferentes valores de presión y temperatura. Además es ventajoso si se conoce el número de revoluciones del cargador NL. Estas magnitudes pueden utilizarse para la supervisión de todo el sistema y/o para el accionamiento o regulación.

Es especialmente ventajoso que no se registren directamente estas magnitudes, sino que se determinen mediante un modelo y/o uno o múltiples modelos parciales. En este caso no se requieren sensores correspondientes.

Acorde a la invención ahora está previsto que se determinen, mediante al menos un modelo, una de las magnitudes o múltiples magnitudes que caracterizan al sistema de alimentación de aire, partiendo de una o múltiples variables de ajuste, especialmente, para cantidades de combustible inyectadas ME, las variables de ajuste para la válvula de recirculación de gases de escape ATV y la variable de ajuste LTV para la turbina 112, y, al menos, de una magnitud de medición en lo tocante a la temperatura del entorno T1 y/o de la presión del entorno P1. Es especialmente ventajoso si se determinan una o múltiples magnitudes que caracterizan al sistema de alimentación de aire partiendo de la cantidad de combustible por inyectar ME del número de revoluciones N, una magnitud que caracterice la temperatura del entorno T1 y la presión del entorno P1, para ello se utiliza, adicionalmente, la variable de ajuste de la válvula recirculación gases escape 118 y la variable de ajuste del cargador 112. Es especialmente ventajoso que la cantidad de combustible por inyectar no necesite ser registrada, dado que esta magnitud ya es conocida previamente y se utiliza para accionar la máquina de combustión interna. Se utiliza para ello, sobre todo, una magnitud interna presente en el dispositivo de mando. Se conoce igualmente el número de revoluciones N de la máquina de combustión interna, dado que éste también es indispensable para accionar la máquina de combustión interna. Lo mismo vale para la temperatura y la presión T1 y P1. Vale lo mismo para el caso de señales de activación para los reguladores 118 y 112.

Es especialmente ventajoso que se formen diferentes modelos parciales para sistemas parciales, asimismo, cada modelo parcial calcula diferentes magnitudes de entrada, y partiendo de ellas, diferentes magnitudes de salida. A su vez, está previsto que diferentes magnitudes de entrada de diferentes modelos se formen por las magnitudes de salida de otros modelos. Como magnitudes de entrada de todo el modelo, en la suma de los diferentes modelos parciales se requieren solamente magnitudes de medición fácilmente registrables, o variables de ajuste conocidas.

El modelo completo del sistema de alimentación de aire y la división en los modelos parciales del sistema de alimentación de aire está representado en la figura 2.

Los requerimientos a las máquinas de combustión interna modernas son cada vez más elevados en lo que respecta a los valores de gas de escape y consumo. El turbocargador con geometría de turbina variable permite una adaptación al actual punto de trabajo del motor. De ese modo se puede evitar una reacción retardada del turbocargador y, al mismo tiempo, mejorar el rendimiento de la máquina de combustión interna. Al mismo tiempo, una cantidad exactamente regulada de gas de escape es retornada, a través de una recirculación de gases de escape, a la conducción de aire fresco de alta presión, con lo cual se reduce notablemente la emisión de óxidos de nitrógeno.

De ese modo, en las máquinas de combustión interna modernas se obtiene un sistema de alimentación de aire que se caracteriza por un grado elevado de acople interno y fuertes no linealidades. Las magnitudes fundamentales del sistema de alimentación de aire como, por ejemplo, la presión en la conducción de gas de escape de alta presión, también denominada contrapresión de gas de escape P3, o la cantidad real de gas de escape retornado MA, son muy difíciles o imposibles de determinar. Los sensores correspondientes no se encuentran disponibles o sólo se puede disponer de ellos a un coste muy elevado.

En el caso de los sistemas actuales, en la regulación del sistema de alimentación de aire se utilizan de modo exclusivo las señales de los sensores. Es decir, la señal de la masa de aire respecto de la cantidad de aire ML21, que fluye por la conducción de aire fresco de baja presión 108, sólo se utiliza para accionar o regular la posición de la válvula recirculación gases escape 118. La presión de admisión P2 sirve solamente para influir en el regulador de la turbina 112.

Los acoples transversales condicionados por el sistema no se tienen en cuenta en los sistemas actuales y por ello repercuten como magnitud de perturbación en los circuitos de regulación individuales.

Con el procedimiento acorde a la invención y el dispositivo acorde a la invención se describe aproximadamente, y con modelos, la dinámica conocida del sistema. A su vez se abstrae el comportamiento real de tal modo que los modelos restantes pueden ser calculados en tiempo real en la unidad de control del motor. Pese a la simplificación de los modelos se asegura, asimismo, que se representan correctamente los efectos físicos y los acoples entre cada uno de los sistemas individuales esenciales para la regulación.

Las relaciones físicas están muy simplificadas. El modelo acorde a la invención de todo el sistema de alimentación de aire, que comprende múltiples modelos parciales, puede ser utilizado para realizar diferentes tareas. Por ejemplo, pueden ser calculadas aproximadamente las señales del sistema de alimentación de aire que no pueden ser medidas o las señales del sistema de alimentación de aire que sólo pueden serlo con gran dificultad, a partir de datos del sensor o variables de ajuste presentes. Las informaciones presentes pueden conectarse de modo óptimo evitando de esa manera la inseguridad en la medición. Las magnitudes medidas y las magnitudes registradas pueden ser filtradas sin pérdida de fase, es decir, sin restringir la dinámica. En el caso de que falle un sensor, se dispone de un valor sustituto adecuado. Por lo demás se pueden simplificar mucho las estructuras de función procesando magnitudes modeladas no mensurables. Una supervisión del cargador puede llevarse a cabo, por ejemplo, evaluando el número estimado de revoluciones del cargador.

En la figura 2 está representado el modelo completo a partir de un diagrama de bloques. El modelo completo comprende, esencialmente, diferentes modelos parciales para componentes individuales del sistema de alimentación de aire. Un modelo parcial para el compresor 106 se identifica también con 206. Un modelo parcial 202 que modela la conducción de aire fresco de alta presión 102, es denominado modelo de conducción de aire fresco de alta presión. E el modelo del compresor 206 es considerado el refrigerador de aire de admisión. Otro modelo parcial 200 modela la máquina de combustión interna 100 y también es denominado modelo de cilindro. Otro modelo parcial 212 se denomina modelo de turbina y modela el comportamiento de la turbina 112. Otro modelo parcial 218 modela la recirculación de gases de escape y de denomina también modelo de recirculación de gases de escape 218. Otro modelo parcial 214 modela la conducción de escape 114 y también es denominado modelo de conducción de gas de escape de baja presión.

Las magnitudes de entrada del modelo completo son, preferentemente, la relación de impulsos LTV suministrada al regulador del cargador 113, la cantidad de combustible inyectada ME, el numero real de revoluciones del motor N, la relación de impulsos ATV que se suministra al regulador de la recirculación de gases de escape 118, la presión atmosférica P1 y la temperatura ambiental T1. Estas magnitudes de entrada están identificadas con pequeños cuadrados en la figura 2.

En lugar de estas magnitudes también se pueden utilizar señales que caractericen a estas magnitudes. Por ejemplo, en lugar de la cantidad de combustible inyectada, también se puede utilizar la cantidad de combustible por inyectar o una señal que indique la duración de la inyección. En lugar de las relaciones de impulsos se puede utilizar, por ejemplo, directamente la carrera del regulador.

Como magnitud de salida se puede utilizar cualquier magnitud calculada en el modelo, en el caso de que ésta sea requerida en el accionamiento de la máquina de combustión interna. Es especialmente ventajosa la aplicación de las siguientes magnitudes de salida. La presión de admisión P2 que corresponde a la presión de la conducción de aire fresco de alta presión 102, la contrapresión de gas de escape P3 que corresponde a la presión en la conducción de gas de escape de alta presión 110 entre la máquina turbina 112 y la máquina de combustión interna 100, la carrera LH del regulador de carga 113 de la turbina 112, el número de revoluciones NL del cargador, el flujo de cantidad de aire ML21 a través del compresor 106, la temperatura de gas de escape T3 antes de la turbina, la contrapresión de gas de escape P4 que corresponde a la presión P4 en la conducción de escape tras la turbina, la carrera AH del regulador de recirculación de gases de escape 118, el flujo de masa de aire MA a través de la conducción de recirculación de gases de escape 116, el tenor de oxígeno M031 tras la combustión y el tenor de oxígeno antes de la combustión M022.

Mediante un simple cálculo, preferentemente con constantes de normalización, pueden determinarse otras señales que caracterizan las magnitudes correspondientes.

Algunas de estas magnitudes determinadas mediante el modelo no pueden medirse o sólo pueden medirse con dificultad en la máquina de combustión interna. Para otras magnitudes, como por ejemplo, la presión de admisión P2, hay señales de sensor. A través de la comparación de la magnitud medida y aquella calculada mediante el modelo se puede ajustar el modelo a la situación actual.

Las magnitudes de salida del modelo o de los modelos parciales están marcados con círculos o elipses.

En la figura 3 está representado en detalle el modelo del compresor, que también tiene en cuenta las características del refrigerador de aire de admisión. Como magnitudes de entrada el compresor procesa señales que caracterizan diferentes magnitudes. Estas son, el número de revoluciones del cargador NL, la temperatura del entorno T1 que corresponde a la temperatura del compresor, la presión del entorno P1, que corresponde a la presión antes del compresor, y la presión de admisión P2 que corresponde a la presión tras el compresor. A partir de estas señales se determinan diferentes magnitudes de salida. Estas son, esencialmente, la potencia mecánica PL receptada en el árbol 111, la temperatura de aire de admisión T2 que corresponde a la temperatura del gas comprimido tras el refrigerador de aire de admisión, así como la cantidad de aire ML21, que fluye por el compresor o la conducción de aspiración 108.

El número de revoluciones del cargador NL es suministrado a una determinación de flujo de volumen 300. La presión del entorno P1 se suministra a una determinación de densidad 310 y una determinación de entalpía 320. La presión de admisión P2 también llega a la determinación de entalpía 320. La temperatura del entorno T1 delante del compresor es conducida a una determinación de temperatura 380, a la determinación de entalpía 320 y a la determinación de densidad 310. La señal de salida de la determinación de flujo de volumen 300 y la señal de salida de la determinación de densidad 310 llegan a la determinación de caudal de masa 330 que determina, como señal de salida, al flujo de masa de aire ML21. La señal de salida de la determinación de entalpía 320 llega, por un lado, a la determinación de volumen 300 y una determinación de energía 350. La señal de salida de la determinación de energía 350 es suministrada a una determinación de potencia 340 y a una determinación de temperatura 360. A la determinación de rendimiento 340 se le suministra, adicionalmente, el flujo de masa de aire ML21. La determinación de potencia 340 suministra la señal PL respecto de la potencia mecánica receptada en el árbol. La determinación de temperatura 360 alimenta el modelo del refrigerador de aire de admisión 370 que, a su vez, alimenta la determinación de temperatura 380. La determinación de temperatura 380 determina la señal de temperatura T2.

El flujo volumétrico que fluye por el compresor se calcula dependiendo del número de revoluciones del cargador y la diferencia de entalpía entre el lado de presión baja y el de presión alta, es decir, entre la conducción de aire fresco de alta presión 102 y la conducción de aire fresco de baja presión 108. La diferencia de entalpía se pone a disposición por la determinación de entalpía 320. A su vez, con el número de revoluciones del cargador se incrementa el flujo volumétrico, y desciende cuando se incrementa la diferencia de entalpía. Esta relación se reproduce en la determinación de flujo de volumen 300 mediante un campo característico o un cálculo. Mediante diferentes constantes se lleva a cabo la adaptación a características específicas del compresor.

La determinación de densidad 310 determina la densidad del gas delante del compresor en la conducción de aire fresco de baja presión 108 partiendo de la presión P1 y de la temperatura T1 antes del compresor. La determinación de cantidad 330 determina el flujo de de masa de aire ML21 mediante la multiplicación del flujo volumétrico a través del el compresor.

La determinación de entalpía 320 determina la diferencia de entalpía del gas delante y tras el compresor, dependiendo de la temperatura T1 delante del compresor y de la relación de la presión P1 delante del compresor y la presión P2 tras el compresor. Adicionalmente se tienen en cuenta diferentes constantes, como la constante de gas y el exponente isotrópico.

Mediante la división de la diferencia de entalpía por el rendimiento del compresor, la determinación de energía 350 determina la energía suministrada a una cantidad determinada de gas comprimido. Preferentemente, el rendimiento del compresor está almacenado en una memoria. En la determinación de potencia 340 se multiplica la energía con el flujo de masa de aire ML21 que fluye a través del compresor. De esa multiplicación se desprende la potencia mecánica tomada en ese instante en el árbol.

La determinación de temperatura 360 calcula la energía suministrada al gas en la compresión, el calentamiento del gas en el compresor. A través del refrigerador de aire de admisión 104 se le extrae nuevamente una parte de dicho calor al gas. Esto es tenido en cuenta por el modelo del refrigerador de aire de admisión 370. La proporción del calor extraído al gas es tanto mayor cuanto mayor sea la efectividad del refrigerador de aire de admisión. Es decir, dependiendo de la efectividad del refrigerador de aire de admisión, se reduce la temperatura determinada por la determinación de temperatura 360. En la determinación de la temperatura 380 a esta temperatura, es decir, el valor por el cual se calienta el aire en el compresor, se le suma la temperatura del gas delante del compresor T1, por lo cual se obtiene la temperatura T2 del gas tras el compresor, es decir, tras el compresor y el refrigerador de aire de admisión. Si el modelo se desea adaptar a un motor sin refrigerador de aire de admisión, la efectividad del refrigerador se coloca en cero, es decir, en el modelo de refrigerador de aire de admisión 370 se sustrae el valor cero.

Se obtiene el flujo de masa de aire ML a partir de la densidad y del flujo volumétrico del aire que fluye a través del compresor. La densidad se determina a partir de la temperatura T1 y de la presión P1 del aire del entorno. El flujo volumétrico del aire se obtiene del número de revoluciones del cargador y la diferencia de entalpía en la entrada y en la salida del compresor. La diferencia de entalpía se calcula, a su vez, a partir de la diferencia de presión y de la temperatura T1 del gas. Esto significa que, partiendo del número de revoluciones del cargador NL, de la presión del entorno P1, de la presión de admisión P2 y de la temperatura del entorno T1, el modelo del compresor determina el flujo de masa de aire ML21 que fluye por el compresor, la potencia del cargador PL y la temperatura de aire de admisión.

Es especialmente ventajoso que sólo la temperatura T1 y la presión P1 se midan mediante sensores, las demás magnitudes se determinan mediante otros modelos.

En la figura 4 está representado el modelo parcial para la conducción de aire fresco de alta presión, es decir, el modelo para la conducción de aspiración 102, en forma de diagrama de bloques. La alimentación entre el compresor 106 y la válvula de entrada en el cilindro se modela como un recipiente en el cual están vinculadas las magnitudes de estado del gas a través de una ecuación ideal de los gases. La velocidad de corriente del aire fresco y todos los efectos resultantes a partir de ello se desprecian a los fines de una mayor simpleza del modelo. Como magnitudes de entrada para este modelo se utilizan, preferentemente, la cantidad de aire ML21 que sale del compresor, la temperatura de aire de admisión T2 del gas tras el refrigerador de aire de admisión 104, la cantidad de aire ML22 que ingresa a la máquina de combustión interna, la cantidad de aire MA que reconduce el gas de escape a la conducción de aire fresco de alta presión 102, la temperatura TA en la recirculación de gases de escape que corresponde a la temperatura del gas de escape reconducido, y el tenor de oxígeno MOA en el gas de escape reconducido.

Partiendo de estas magnitudes de entrada, se calculan las magnitudes de salida, a través de uniones motivadas físicamente. Como magnitudes de salida se determinan la presión de admisión P2 en la conducción de aire fresco de alta presión 102, la temperatura de aire de admisión T2 en la conducción de aire fresco de alta presión y el tenor de oxígeno M02 del aire suministrado a la máquina de combustión interna.

El modelo parcial para la conducción de aire fresco de alta presión 102 comprende esencialmente una determinación de oxígeno 400, una determinación de presión 410, una determinación de temperatura 420, así como una integración 432 que determina la masa total.

La determinación del oxígeno 400 comprende esencialmente una primera determinación del oxígeno 402, una segunda determinación del oxígeno 404 y una tercera determinación del oxígeno 406 cuyas señales de salida son sumadas por una adición 408, con el signo correspondiente, y luego integradas por una integración 409. A la primera determinación del oxígeno se el suministran la cantidad de aire ML22 correspondientes a la cantidad de aire que llega a máquina de combustión interna y el tenor de oxígeno M022 del aire que llega a la máquina de combustión interna. A la segunda determinación del oxígeno 404 se el suministra la señal ML21 respecto del aire suministrado por el compresor. A la tercera determinación del oxígeno se le suministran la señal MOA respecto del tenor de oxígeno en la conducción de recirculación de gases de escape y la señal MA respecto de la cantidad de aire que fluye en la conducción de recirculación de gases de escape.

Multiplicando cada cantidad de aire por los tenores de oxígeno, la primera, segunda y tercera determinación de oxígeno determinan la cantidad de oxígeno de cada cantidad de aire. La segunda determinación de oxígeno multiplica, a su vez, la cantidad de aire ML21 por un factor fijo que corresponde al tenor de oxígeno en el aire del entorno normal. Las diferentes cantidades de oxígeno se integran con los signos correctos, es decir, las ingresantes, con el signo más y las salientes, con el signo menos.

También se integran con el signo correcto las cantidades de aire que ingresan a y egresan de la conducción de aire fresco de alta presión 102, de la adición 430 y del integrador 432. A partir de ello se obtiene la cantidad total momentánea de aire en el recipiente. Partiendo de esta cantidad total de aire en el recipiente, y del tenor de oxígeno en la conducción de aire fresco de alta presión 102 determinado por la determinación de oxígeno 400, se desprende el tenor de oxígeno M022 del aire que ingresa a la máquina de combustión interna.

A partir de flujos individuales de masas de cada temperatura, del volumen y de la constante de gas R se calcula la modificación de la presión parcial en la conducción de aire fresco de alta presión 102. Esta primera determinación parcial de presión 412 calcula la presión parcial partiendo de la cantidad de aire ML21 que ingresa a través del compresor 106 y de la temperatura T2 tras el refrigerador de aire de admisión 104. La segunda determinación parcial de presión 414 determina la presión parcial partiendo de la cantidad de aire ML22 que ingresa a la máquina de combustión interna y la temperatura T22 que corresponde a la temperatura de la cantidad de aire directamente antes de la máquina de combustión interna. Esta temperatura también se denomina temperatura de mezcla T22. La tercera determinación parcial de presión 416 determina la presión parcial partiendo de la cantidad de aire MA que fluye por la conducción de recirculación de gases de escape 116 y la temperatura TA en la conducción de recirculación de gases de escape. Los cálculos de presión parcial están configurados preferentemente como cálculos que calculan las magnitudes partiendo de magnitudes de entrada acorde a una fórmula.

Al incrementarse la cantidad de aire y/o ascender la temperatura se incrementa en cada caso la presión parcial. De la adición 418, se adicionan las modificaciones de las presiones parciales con el signo correcto. Las partes que ingresan presentan el signo positivo y las partes que egresan, el signo negativo. De este modo se obtiene la modificación de la presión P2 en la conducción de aire fresco de alta presión. A través de la integración de la modificación de presión a lo largo del tiempo se obtiene la presión de admisión actual P2.

Partiendo de la presión P2 determinada de este modo, la cual fue calculada como se describe anteriormente, y de la cantidad de gas calculada por el integrador 432, la determinación de temperatura 420 determina directamente la temperatura de mezcla T22, mediante una ecuación ideal de los gases y utilizando la constante de gas R.

El modelo de la conducción de aire fresco de alta presión determina la presión de admisión P2, el tenor de oxígeno M022 del gas que ingresa a la máquina de combustión interna y la temperatura de mezcla T22, partiendo de las cantidades de aire ML21, ML22 y MA y sus tenores de oxígeno que ingresan a o egresan de la conducción de aire fresco de alta presión, de la temperatura de aire de admisión T2 y de la temperatura TA en la conducción de recirculación de gases de escape.

Acorde a la invención, el tenor de oxígeno MO22 en la cantidad de aire ML22 que ingresa a la máquina de combustión interna, se obtiene a partir de la cantidad de aire ML22, de la cantidad de aire ML21 que fluye por el compresor, de la cantidad de aire MA que fluye en la conducción de recirculación de gases de escape, de cada tenor de oxígeno y de las diferentes constantes. La presión de admisión P2 se obtiene, preferentemente, a través de la integración de los aportes a la modificación de presión, originados por las cantidades de aire que ingresan o egresan y de sus temperaturas.

Es especialmente ventajoso que solamente la temperatura de aire de admisión T2 sea medida mediante un sensor, las demás magnitudes se determinan mediante otros modelos. En un acondicionamiento especialmente ventajoso se determina la temperatura de aire de admisión mediante el modelo de compresión.

En la figura 5 está representado en detalle el modelo de cilindro 200. Como magnitudes de entrada se le suministran señales al modelo de cilindro 200. Éstas son una señal ME que caracteriza a la cantidad de combustible por inyectar o inyectada, la temperatura de mezcla T22, esto es, la temperatura del aire suministrado al cilindro, la presión de admisión P2 que corresponde a la presión delante del cilindro, el número de revoluciones N de la máquina de combustión interna y el tenor de oxígeno MO22 del aire suministrado a la máquina de combustión interna.

Como magnitudes de salida el modelo brinda diferentes señales que caracterizan a las siguientes magnitudes. Estas son, la temperatura de gas de escape T3, esta señal caracteriza la temperatura del gas en la conducción de gas de escape de alta presión 110, la cantidad de aire ML31 que fluye de la máquina de combustión interna a la conducción de gas de escape de alta presión 110, la cantidad de aire ML22 que ingresa a la máquina de combustión interna y el tenor de oxígeno MO31 de la cantidad de aire ML31 que sale de la máquina de combustión interna.

La cantidad de combustible por inyectar ME llega, por un lado, a una determinación de calentamiento 500, a un punto de adición 510, con un signo negativo, al punto de adición 520 y al punto de multiplicación 530. La temperatura de mezcla T22 llega, por un lado, a un cálculo de cantidad de aspiración 540 y por el otro, a un punto de adición 550. La presión de admisión P2 llega al cálculo de cantidad de aspiración 540. La señal del número de revoluciones N llega, por un lado, a una corrección del grado de llenado 560 y por el otro a un punto de multiplicación 570. El tenor de oxígeno MO22 llega a un punto de unión 580.

Las señales de salida de la corrección del grado de llenado 560 y del cálculo de cantidad de aspiración 540 son conducidas a un punto de multiplicación 590 que, a su vez, suministra al punto de adición 510, al punto de multiplicación 570 y al punto de multiplicación 580.

El punto de adición 550 arroja la temperatura de gas de escape T3. La señal de salida del punto de multiplicación 530 y la señal de salida del punto de multiplicación 570 llegan a un punto de adición 595 que arroja la cantidad de aire ML31. En la salida del punto de multiplicación 570 se encuentra la cantidad de aire ML22. El tenor de oxígeno M031 conforma la señal de salida de un punto de multiplicación 585 que divide la señal de salida del punto de adición 520 por la señal de salida del punto de adición 510.

En el caso de un espacio de carrera conocido de la máquina de combustión interna, el cálculo de cantidad de aspiración 540 calcula, a partir de la presión de admisión P2 y de la temperatura de mezcla T2 del aire fresco que ingresa a la máquina de combustión interna, y mediante la ecuación ideal de gases, la cantidad de gas teóricamente posible en el cilindro. Esta asciende proporcionalmente a la presión de admisión P2 y cae cuando aumenta la temperatura en el aire. Este llenado teórico del cilindro se corrige mediante el número de revoluciones actual N, partiendo de la señal de la corrección de llenado 560 en el punto de multiplicación 590, por lo cual se tiene en cuenta el efecto dinámico durante el llenado del cilindro. A partir de la cantidad de gas por carrera, obtenida de ese modo, y del número de revoluciones N, el punto de unión 570 calcula la cantidad de aire ML22 que ingresa a la máquina de combustión interna, preferentemente mediante una multiplicación de ambas magnitudes y/o la multiplicación con diversas constantes.

La cantidad de aire ML31, que corresponde al flujo de la cantidad de gas de escape, se obtiene a través de la adición de la cantidad de aire ML22 que ingresa a la máquina de combustión interna y el flujo de la cantidad de combustible en el punto de unión 595. El flujo de la cantidad de combustible se determina a través de la unión de la cantidad de combustible por inyectar ME y el número de revoluciones N en el punto de unión 530. Para ello se multiplican ambas señales entre sí y con diferentes constantes.

La determinación de calentamiento 500 calcula el calentamiento de la carga del cilindro dependiendo de la cantidad de combustible inyectada ME y de la cantidad de gas en el cilindro. Cuanto más combustible se inyecta, y cuanto menos gas hay en el cilindro, mayor es el calentamiento. La relación específica de motor entre la cantidad de combustible inyectada ME y el calor suministrado al gas son tenidos en cuenta por el campo característico. La temperatura de gas de escape T3 se obtiene entonces por la adición en el punto de adición 550 de la señal de salida de la determinación de calentamiento 500 y la temperatura de aire de admisión T2.

La cantidad total de gas en el cilindro se obtiene por adición de la cantidad de combustible por inyectar y de la cantidad de gas por movimiento de carrera, puesta a disposición al punto de adición 510 por parte del punto de unión 590.

A partir del porcentaje de oxígeno M022 de la cantidad de aire suministrada al cilindro, y de la cantidad total de gas que corresponde a la señal de salida del punto de unión 590, el punto de unión 580 calcula la cantidad de oxígeno en el cilindro antes de la combustión. En la primera aproximación, la cantidad de oxígeno extraída de la carga del cilindro es proporcional a la cantidad de combustible ME. La cantidad de oxígeno tras la combustión se obtiene a partir de la sustracción de esta cantidad de oxígeno, que depende de la cantidad de combustible en el punto de unión 520, de la cantidad de oxígeno en el cilindro antes de la combustión. En la salida del punto de unión 520 se encuentra, de ese modo, la cantidad de oxígeno tras la combustión. Por la conformación de la relación, en el punto de unión 585, a partir de esta cantidad de oxígeno con la cantidad total de gas, que corresponde a la señal de salida del punto de unión 510, se obtiene el tenor de oxígeno MO31 tras la combustión.

Partiendo de la cantidad de combustible por inyectar ME y de la temperatura de mezcla T22, se determina la temperatura de gas de escape T3. La temperatura de mezcla corresponde a la temperatura del gas que ingresa a la máquina de combustión interna. La temperatura de gas de escape corresponde a la temperatura del gas que abandona la máquina de combustión interna. Por otro lado, partiendo de la temperatura de mezcla T22 y de la presión de admisión P2 del gas que ingresa a la máquina de combustión interna, el número de revoluciones N de la máquina de combustión interna y la cantidad de combustible por inyectar ME, se calculan las cantidades de aire ML22 y ML31, que ingresan a la máquina de combustión interna y que salen de la máquina de combustión interna. Este cálculo se lleva a cabo, esencialmente, mediante el cálculo de diferentes magnitudes de cantidad, partiendo de temperatura, presión, cantidad de combustible, el número de revoluciones y constantes conocidas, dichas magnitudes luego son unidas de manera adecuada.

En la figura 6 está representado en detalle el modelo de turbina 212. En el modelo aquí representado se reproduce una turbina con geometría variable. Como magnitudes de entrada se utilizan, preferentemente, señales diferentes que caracterizan los siguientes parámetros de funcionamiento. Estos son, la cantidad de aire ML32 que fluye por la turbina, la presión P4 en la conducción de escape 114, una señal que caracteriza la presión tras la turbina, la temperatura de gas de escape T3 que caracteriza la temperatura de gas antes de la turbina, la carrera del cargador que caracteriza la posición de los álabes de distribución, así como la potencia PL receptada en un árbol 111 que caracteriza la potencia mecánica receptada por el cargador.

Mediante una unión adecuada de estas magnitudes y bajo consideración de diferentes constantes físicas así como específicas del sistema se obtienen diferentes magnitudes de salida. Éstas son: la presión de gas escape P3 que caracteriza la presión antes de la turbina, la temperatura T4 en la conducción de escape, es decir, tras la turbina, y el número de revoluciones del cargador NL.

La carrera del cargador LH, la cantidad de aire ML32 a través de la turbina, la presión P4 en la conducción de escape y la temperatura de gas de escape T3 son suministrados a una determinación de presión 600. En la salida de la determinación de presión 600 se encuentra la presión de gas escape P3. La presión delante de la turbina, que corresponde a la presión de gas escape P3, y la presión tras la turbina, que corresponde a la presión P4, así como la temperatura de gas de escape T3, son conducidas a una determinación de diferencia de entalpía 610. Su señal de salida llega a una determinación de número de revoluciones del cargador 620 que, adicionalmente, procesa la cantidad de aire ML32 a través de la turbina y de la potencia del cargador PL. Como magnitud de salida, la determinación de número de revoluciones del cargador 620 suministra el número de revoluciones del cargador NL. La cantidad de aire ML32 que fluye a través de la turbina y la señal de salida de la determinación de diferencia de entalpía 610 llegan a la determinación de temperatura 630 que arroja como señal de salida la temperatura T4 en la conducción de escape.

Partiendo de la carrera del cargador LH, que caracteriza la posición de los álabes de distribución, se convierte la posición de los álabes de distribución en una superficie de corte transversal efectiva, preferentemente, mediante una curva característica. A su vez, una posición abierta corresponde a los álabes de distribución de una superficie grande. En el caso de una superficie efectiva conocida, se calcula la presión de la turbina P3 mediante la determinación de presión 600, partiendo de la cantidad de aire ML32, la presión P4 tras la turbina, la temperatura T3 delante de la turbina, así como diferentes constantes físicas. Estos cálculos se llevan a cabo en la determinación de presión 600 mediante una fórmula.

Un incremento del flujo de masas, de la temperatura T3 delante de la turbina y de la presión P4 tras la turbina generan, respectivamente, un incremento de la presión P3 delante de la turbina. Un corte transversal efectivo mayor, por el contrario, produce un descenso de la presión P3 delante de la turbina.

Partiendo de la presión delante de la turbina P3, la turbina P4, la temperatura T3 delante de la turbina, así como diferentes constantes físicas, la determinación de la diferencia de entalpía 610 determina la diferencia de entalpía del gas delante de y tras la turbina. Es decir, determina la diferencia de energía por cantidad de gas. La diferencia de entalpía crece con la relación de presión entre la presión delante y la presión tras la turbina y con la temperatura delante de la turbina.

La potencia ganada en el momento en la turbina se obtiene como producto de la diferencia de entalpía, el rendimiento de la turbina y la cantidad de aire ML32 a través de la turbina. La diferencia de potencia de la turbina y del cargador provoca un cambio de la energía de rotación del árbol 111, es decir, un incremento o reducción de la velocidad angular y, y con ello, del número de revoluciones del cargador NL. Esto se convierte, mediante un factor adecuado, en las revoluciones, es decir, el número de revoluciones del cargador. Partiendo de esta magnitud, la determinación del número de revoluciones del cargador 620 determina el número de revoluciones del cargador NL. A su vez, el rendimiento de turbina del cargador se adopta como magnitud constante o puede estar almacenado en un campo característico.

La determinación de temperatura determina la energía extraída del gas a partir de la diferencia de entalpía y el rendimiento de turbina. A través de la constante física, la energía extraída está directamente unida a la diferencia de temperatura delante y detrás de la turbina. Partiendo de la temperatura T3 delante de la turbina y esta diferencia de temperatura, la determinación de refrigeración 630 determina la temperatura T4 tras la turbina.

La presión de gas escape P3 se determina partiendo de la carrera del cargador LH, de la cantidad de aire ML32 que fluye por la turbina, de la presión P4 detrás de la turbina y de la temperatura de gas de escape T3. Partiendo de la diferencia de presión a través de la turbina, que se calcula a partir de la presión de gas escape P3 y de la presión P4 tras la turbina, y de la temperatura de gas de escape, se determina mediante la diferencia de entalpía. Partiendo de la diferencia de entalpía y de la temperatura de gas de escape T3 se lleva a cabo el cálculo de la temperatura T4 en la conducción de escape. Partiendo de la diferencia de entalpía, de la potencia del cargador PL y de la cantidad de aire ML32 que fluye a través de la turbina se determina el número de revoluciones del cargador.

En la figura 7 está representado el modelo de la conducción de escape, es decir, de la conducción de gas de escape de baja presión 114. Partiendo de la cantidad de aire ML32 a través de la turbina, de la presión del entorno P1 y de la temperatura T4 tras la turbina en la conducción de escape, este modelo determina la presión P4 tras la turbina.

El modelo de la sección de gas de escape 214 sirve para modular los efectos de la sección de gas de escape sobre la presión tras la turbina. Toda la sección de gas de escape se modela como una pantalla espacialmente concentrada. Partiendo de la superficie efectiva de la pantalla, el modelo 214 determina la presión P4 tras la turbina, que corresponde a la presión por sobre la pantalla, partiendo de la cantidad de aire ML32, de la presión del entorno P1, que corresponde a la presión debajo de la pantalla, de la temperatura T4 por encima de la pantalla, así como de dos constantes.

A su vez, asciende la presión P4 tras la turbina si se incrementa la cantidad de aire ML32, se incrementa la presión atmosférica P1 y se incrementa la temperatura T4 tras la turbina. Una superficie efectiva mayor provoca un descenso de la presión tras la turbina. Preferentemente, la superficie de la pantalla se considera una constante.

En la figura 8 está representado en detalle el modelo de recirculación de gases de escape 218. El modelo de recirculación de gases de escape considera las modificaciones del sistema de alimentación de aire cuando una parte del gas de escape retorna a la sección de aspiración. Como señales de entrada, el modelo de recirculación de gases de escape 218 considera señales. Estas son: la presión de gas escape P3 que caracteriza la presión en la conducción de gas de escape de alta presión, la temperatura de gas de escape T3, la presión de admisión P2, la temperatura de aire de admisión T2 y la carrera de recirculación de gases de escape AH que caracteriza la carrera de la válvula de recirculación de gases escape 118.

Partiendo de estas magnitudes, y mediante uniones adecuadas, se determinan las magnitudes de salida. Estas son, especialmente, la cantidad de aire MA que fluye a través de la válvula de recirculación de gases de escape 118, la temperatura TA, que caracteriza la temperatura del gas de escape poco antes de la mezcla con el gas fresco.

La presión de admisión P2 y la presión de gas escape P3, que caracterizan la diferencia de presión a través de la válvula de recirculación de gases de escape, son suministradas a una conmutación 805.

Todas las señales, a excepción de la temperatura de aire de admisión T2, se suministran a una primera determinación de cantidad 800. Todas las señales, a excepción de la temperatura de gas de escape T3, se suministran a una segunda determinación de cantidad 810.

La temperatura de gas de escape T3 y la temperatura de aire de admisión T2 llegan a la primera entrada 831 o a la segunda entrada 832 de una segunda conmutación 830.

La señal de salida de la primera determinación de cantidad 800 llega a la primera entrada 821 y, a través de una inversión de signo 815, la señal de salida 810 llega a la segunda entrada 822 de una primera conmutación 820.

En la salida de la primera conmutación se encuentra la cantidad de aire MA que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape. En la salida de la segunda conmutación 830 se encuentra la temperatura TA en la conducción de recirculación de gases de escape. Ambos dispositivos de conmutación 820 y 830 son accionados dependiendo de la señal de salida de la conmutación 805.

La determinación de cantidad 800 o 810 determina la cantidad de aire MA que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape, preferentemente, mediante una ecuación de válvula de mariposa. La cantidad de aire MA que fluye a través de la válvula de recirculación de gases de escape depende, fundamentalmente, de la presión y de la temperatura delante de la válvula de recirculación de gases de escape y de la presión tras la válvula de recirculación de gases de escape y de la superficie efectiva de la válvula de recirculación de gases de escape.

A su vez, la cantidad de aire se incrementa con la creciente diferencia de presión y con la creciente superficie efectiva. Desciende con la temperatura creciente delante de la válvula.

La dirección del flujo de masas a través de la válvula de recirculación de gases de escape depende de si la presión de gas escape P3, en la conducción de gas de escape de alta presión, es mayor o menor que la presión de admisión P2 en la conducción de aire fresco de alta presión. Por este motivo están previstas dos determinaciones de cantidad. Cuál de las dos determina la cantidad de aire se determina por la posición del dispositivo de conmutación 820. La posición del dispositivo de conmutación 820 depende de la diferencia de presión a través de la válvula de recirculación de gases de escape. La temperatura TA que reina en la conducción de recirculación de gases de escape depende de esta diferencia de presión, y con ello, también de la dirección de flujo.

La superficie efectiva de la mariposa es una función de la carrera de recirculación de gases de escape AH de la válvula de recirculación de gases de escape y se considera, preferentemente, en forma de una curva característica aplicable. Si la presión de gas escape P3 es mayor que la presión de admisión P2, la señal de salida de la primera determinación de cantidad se utiliza como cantidad de aire MA y la temperatura de gases de escape T3 como temperatura TA. Esto corresponde a la posición de los dispositivos de conmutación representada en la figura 8.

Si, por el contrario, la presión de admisión P2 es mayor que la presión de gas escape P3, entonces los dispositivos de conmutación son llevados a la posición no representada y la señal de salida de la segunda determinación de cantidad 810 determina la cantidad de aire MA, o la temperatura TA corresponde a la temperatura de aire de admisión T2.

Se obtiene la cantidad de aire MA que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape, partiendo de la diferencia de presión a través de la válvula de recirculación de gases de escape, de la temperatura del aire que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape, y de la carrera de recirculación de gases de escape AH. La diferencia de presión se calcula partiendo de la presión de gas escape P3 y la presión de admisión P2. Dependiendo de la diferencia de presión, se utiliza opcionalmente la temperatura de aire de admisión T2 o la temperatura de gases de escape T3 como temperatura de aire en la conducción de recirculación de gases de escape.

El accionamiento de la recirculación de gases de escape puede ser mejorado notablemente cuando se encuentra presente una señal que caracteriza la cantidad de aire que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape. Un sensor que suministra ese tipo de señales es difícil de realizar, dado que por su posición en el flujo de la cantidad de gas de escape está expuesto a temperaturas muy elevadas y un fuerte ensuciamiento.

En los sistemas actuales se opta por un modo de proceder indirecto. En él, una válvula neumática de recirculación de gases de escape es abierta y cerrada hasta que la cantidad de aire ML21 medida con un sensor llega a su valor nominal. La cantidad de gas de escape retornada se obtiene de la diferencia entre la cantidad de aire ML22, que ingresa a la máquina de combustión interna, y la cantidad de aire ML21, que fluye a través del compresor. Este modo de proceder presenta dos desventajas fundamentales:

En el caso de cantidades reducidas de gas retornado, las tolerancias del sensor para la detección de la cantidad de aire generan errores muy grandes en la tasa de recirculación de gases de escape. El circuito de regulación para la válvula de recirculación de gases de escape contiene muchos componentes que en parte son inertes, por lo cual la dinámica permanece limitada. Ambos efectos, es decir, las tolerancias elevadas y la dinámica insuficiente, provocan valores de gas de escape desmejorados.

En el caso de reguladores de recirculación de gases de escape con un sensor de recorrido integrado se regula la posición de la válvula rápidamente y con exactitud con un circuito de regulación secundario.

En la válvula de recirculación de gases de escape la fuerza necesaria se genera mediante electroimanes. En el caso de la una regulación de posición en cascada la posición actual de la válvula es medida a través de un sensor de recorrido, y el flujo se varía hasta que la válvula adopte la posición deseada. En esta posición final, la corriente es una medida para la fuerza de sujeción necesaria. Esta depende, fundamentalmente, de la diferencia de presión antes y después de la válvula. La corriente a través de la bobina es una señal de medición para la diferencia de presión a través de la válvula de recirculación de gases de escape.

Partiendo de la geometría conocida de la válvula, de la carrera de recirculación de gases de escape y de la diferencia de presión, se calcula el flujo de masas. La geometría de la válvula está determinada por la construcción. La carrera se obtiene del sensor de recorrido integrado. La diferencia de presión se desprende de la corriente de la bobina.

La señal de corriente que se encuentra en la válvula eléctrica de recirculación de gases de escape, con posición regulada, sirve para la determinación de la diferencia de presión a través de la válvula de recirculación de gases de escape.

A partir de la presión de admisión P2, la diferencia de presión, la carrera de recirculación de gases de escape AH y la geometría de la válvula, se puede determinar la cantidad de aire MA, normalizada por la temperatura, que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape.

Acorde a la invención, este valor sirve como valor real en un circuito de regulación secundario para la cantidad de aire MA. De este modo se puede ajustar de manera rápida y precisa la cantidad de aire, normalizada por la temperatura, que fluye por la válvula de recirculación de gases de escape.

A través de la medición directa de la cantidad de aire MA se permiten pequeñas tolerancias en el control de la tasa de recirculación de gases de escape. A través de la regulación secundaria de la cantidad de aire normalizada MA se puede alcanzar una mejora fundamental.

Debido a la diferencia de presión entre la conducción de gas de escape de alta presión y la conducción de aire fresco de alta presión sobre la válvula de recirculación de gases de escape, actúa una fuerza de gas FP. Para mantener la válvula, esta fuerza debe ser compensada a través de la fuerza del electroimán FM. Esta fuerza depende directamente de la corriente a través del imán l_{m}.

De este modo, se obtiene la ecuación de medición para la diferencia de presión:

1

La relación no lineal f_{2} se determina a través de una medición en un dispositivo de evaluación adecuado. Partiendo de la relación conocida f_{2}, de la carrera AH y de la corriente l_{m} a través del electroimán, se determina la presión de diferencia actual.

El flujo de masas normalizado por la temperatura a través de la válvula se obtiene acorde a la siguiente ecuación de flujo:

2

Siendo:

MA_{norm}

caudal de masa normalizado por la temperatura

MA

caudal de masa

P2

presión de admisión

P3

presión de gas de escape

T3

temperatura de gas de escape

A(AH)

coeficiente de válvula de mariposa

\Psi

función de flujo

La variación del coeficiente de válvulas de mariposa como función de la carrera, así como el recorrido exacto de la función de flujo se debe determinar a través de la medición en un dispositivo de evaluación adecuado.

Mediante la ecuación anterior se calcula la cantidad de aire normalizada por la temperatura. A partir de la cantidad de aire, normalizada por la temperatura, se determina, junto con un valor medido o estimado para la temperatura de gas de escape T3, también la cantidad de aire MA que fluye a través de la válvula de recirculación de gases de escape. Este cálculo se lleva a cabo, por ejemplo, en las determinaciones de cantidad 800 y 810.

Para este modo de proceder no se requieren necesariamente los demás modelos parciales. La presión de admisión puede ser medida directamente y la presión de gas escape P3 puede ser determinada partiendo de la diferencia de presión y la presión de admisión P2. La diferencia de presión se determina, a su vez, preferentemente, a partir de la carrera de recirculación de gases de escape AH y el flujo que fluye por la válvula.

La determinación de la carrera del cargador LH, partiendo de la relación de impulsos LTV para el cargador, se lleva a cabo en el bloque 213. La conversión correspondiente de la señal de activación ATV para la válvula de recirculación de gases de escape en la carrera de recirculación de gases de escape AH de la válvula de recirculación de gases de escape se lleva a cabo en el bloque 219 de la figura 2.

El bloque 213 y el bloque 219 están configurados de manera similar en lo que respecta a su construcción. Ambos bloques se diferencias solamente en el tipo de cálculo. Está conformado, fundamentalmente, por un campo característico o un cálculo que convierte la relación de impulsos respectiva LTV o ATV en una carrera. En un primer paso, se limita la relación de impulsos a valores físicos adecuados entre 0% y 100%. La dinámica del transformador electroneumático es asimétrica, es decir, la carrera del regulador se desplaza notablemente más rápido en una dirección que en la otra dirección. Esto se modela a través de un elemento de deceleración asimétrico PT1. Es decir, para las crecientes o decrecientes magnitudes de salida AH o LH se activan diferentes constantes temporales. La salida del elemento PT1 sirve como magnitud de entrada de una curva característica por aplicar. En este caso, se convierte la relación de impulsos retrasada en una carrera relativa entre 0 y 100%. Esta carrera LH o AH sirve entonces como magnitud de entrada de los diferentes modelos.

Claims (5)

1. Procedimiento para accionar una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire, en el cual se determina, con al menos un modelo, al menos una magnitud que caracteriza al sistema de alimentación de aire,

-

en el cual las magnitudes de salida se determinan mediante, al menos, un primer y un segundo modelo parcial, partiendo de magnitudes de entrada; que como magnitudes de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta adicionalmente, además de, al menos, una magnitud de salida del segundo modelo parcial, una variable de ajuste y una magnitud de medición.

-

que la magnitud de medición caracteriza el estado del aire del entorno, que la variable de ajuste caracteriza la cantidad de combustible por inyectar; asimismo, un modelo parcial está configurado como un modelo de conducción de aire fresco de alta presión, que determina, al menos, la presión de admisión (P2), la cantidad de oxígeno (MO22) de la cantidad de aire que fluye en la máquina de combustión interna, y la temperatura de mezcla (T22), partiendo de, al menos, las cantidades de aire que ingresa en la conducción de aire fresco de alta presión (ML21, ML22 y MA), sus tenores de oxígeno, de la temperatura de aire de admisión (T2) y de la temperatura (TA) en la conducción de recirculación de gases de escape.

2. Procedimiento para accionar una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire, en el cual se determina con al menos un modelo, al menos una magnitud que caracteriza al sistema de alimentación de aire,

-

en el cual las magnitudes de salida se determinan mediante, al menos, un primer y un segundo modelo parcial partiendo de magnitudes de entrada,

-

como magnitudes de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta adicionalmente, además de, al menos, una magnitud de salida del segundo modelo parcial, una variable de ajuste y una magnitud de medición,

-

que la magnitud de medición caracteriza el estado del aire del entorno, que la variable de ajuste caracteriza la cantidad de combustible por inyectar, asimismo, un modelo parcial está configurado como un modelo de cilindro, que determina, al menos, la temperatura del gas de escape (T3), la cantidad de aire (ML22) que sale de la máquina de combustión interna, su tenor de oxígeno (MO31), partiendo de, al menos, la cantidad de combustible (ME) del número de revoluciones (N), de la presión de admisión (P2), de la temperatura de mezcla (T22) y del tenor de oxígeno (MO22) del aire que ingresa a la máquina de combustión interna.

3. Procedimiento acorde a la reivindicación 2, caracterizado porque la temperatura de gas de escape (T3) se determina partiendo de la cantidad de combustible (ME) y la temperatura de mezcla (T22), y/o que las cantidades de aire (ML22 y ML31), que ingresan a y salen de la máquina de combustión interna son determinadas partiendo de la temperatura (T22) y la presión (P2) del gas que ingresa a la máquina de combustión interna, del número de revoluciones (N) y/o de la cantidad de combustible (ME), que la temperatura (T4) se determina en la conducción de gas de escape partiendo de la diferencia de entalpía y de la temperatura de gas de escape (T3) y/o que el número de revoluciones del cargador se determina a partir de la diferencia de entalpía, del rendimiento del cargador (PL) y de la cantidad de aire (ML32) que ingresa a través de la turbina.

4. Procedimiento para accionar una máquina de combustión interna con un sistema de alimentación de aire, en el cual se determina con al menos un modelo, al menos una magnitud que caracteriza al sistema de alimentación de aire,

-

en el cual las magnitudes de salida se determinan mediante, al menos, un primer y un segundo modelo parcial partiendo de magnitudes de entrada,

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como magnitudes de entrada del primer modelo parcial se tienen en cuenta, adicionalmente, además de, al menos, una magnitud de salida del segundo modelo parcial, una variable de ajuste y una magnitud de medición,

-

porque la magnitud de medición caracteriza el estado del aire del entorno,

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que la variable de ajuste caracteriza la cantidad de combustible por inyectar,

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asimismo, un modelo parcial está configurado como modelo de conducción de escape que determina la presión tras la turbina, partiendo de, al menos, la cantidad de aire (ML32), que fluye por la turbina, de la presión del entorno (P1) y de la temperatura (T4) tras la turbina.

5. Dispositivo que comprende los medios configurados para llevar a cabo un procedimiento acorde a, al menos, una de las reivindicaciones 1 a 4.