Diseño de un controlador difuso para optimizar la relación aire/combustible en motores a gasolina

Abstract

Todos los días grandes masas de gases de emisión provenientes de muchas industrias se elevan a la atmósfera provocando la inevitable contaminación del aire atmosférico. Una de las principales industrias que ocasionan este efecto es el transporte y su concentración en las grandes ciudades del planeta representa un gran problema de salud pública, por ello en países desarrollados se han decretado leyes más estrictas para regular las emisiones de la industria automotor por medio de límites permisibles más estrechos. Una solución mecánica con la que se cuenta actualmente es el catalizador en el sistema de escape y que permite atrapar las partículas contaminantes de forma que se reduce el potencial contaminante de los gases de escape. El catalizador tiene un funcionamiento óptimo cuando la relación aire – combustible (air to fuel relation - AFR) usada durante la combustión se mantiene en su valor estequiométrico. Para alinearse a las nuevas leyes y atacar el problema de la contaminación se han sacado muchas investigaciones con fines de mejorar las estrategias de control para el valor AFR en motores de combustión interna. La razón principal de la dificultad en la implementación de la estrategia de control en mención se da principalmente por los efectos del retardo de tiempo variable que aparecen en el proceso y que degradan el desempeño del control. Esta tesis propone el uso de un controlador difuso con auto ajuste en línea, donde el ajuste se consigue gracias a un segundo controlador difuso. Los resultados de las simulaciones realizadas muestran que el controlador propuesto puede ser usado para controlar el valor AFR y que reduce el efecto del retardo de tiempo variable, lo que se traduce en una mejora del proceso de combustión que se lleva a cabo dentro del motor a gasolina.

Every day, huge masses of emission gases from many industries goes into the atmosphere, causing the unavoidable pollution of atmospheric air. One of the main industries which is responsible of this effect is transportation and its concentration in the major cities of the planet represents a major public health problem, which is why developed countries have enacted stricter laws to regulate emissions from the automotive industry through the permissible limits. A mechanical solution that is currently available is the catalyst in the exhaust system that catches certain polluting particles in a way that reduces the polluting potential of the exhaust gases. The catalyst performs optimally when the air to fuel ratio (AFR) used during combustion is maintained at its stoichiometric value. In order to align with the new laws and face the pollution problem, many investigations have been carried out in order to improve the control strategies for the AFR value in internal combustion engines. The main reason for the difficulty in implementing such a control strategy is because of the effects of the variable time delay that appear in the process and that degrade the performance of the control. This thesis proposes the use of a fuzzy controller with online auto tuning, where the auto tuning is achieved because of a second fuzzy controller. The results of the simulations show that the proposed controller can be used to control the AFR value and that it reduces the effect of the variable time delay, which depicts in an improvement of the combustion process that takes place inside the gasoline engine.