BR0206782B1

BR0206782B1 - aparelho e método para controlar a relação da quantidade de combustìvel e a quantidade de ar em um motor de combustão interna alimentado a gás natural.

Info

Publication number: BR0206782B1
Application number: BRPI0206782-0A
Authority: BR
Inventors: Maria Tafazoli; Hans Bernler; Bengt Jalnas
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2011-02-08
Also published as: SE517180C2; AU2002230333A1; EP1358399A1; US6816773B2; WO2002064961A8; SE0100429D0; EP1358399B1; WO2002064961A1; JP4156370B2; US20040148086A1; SE0100429L; ATE337480T1; DE60214128T2; DE60214128D1; BR0206782A; JP2004518842A

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR A RELAÇÃO DAQUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL E A QUANTIDADE DE AR EM UMMOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA ALIMENTADO A GÁSNATURAL"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção é relativa a um aparelho para regular arelação da quantidade de combustível e a quantidade de ar em um motor decombustão interna alimentado a gás natural de acordo com o preâmbulo dareivindicação 1 e um método de regular a relação das quantidades decombustível e ar em um motor de combustão interna alimentado por gásnatural de acordo com o preâmbulo da reivindicação 8.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Motores a gás natural são principalmente utilizados comoalternativas para motores diesel, uma vez que motores a gás natural tememissões mais baixas do que motores diesel. Em particular, produção departículas durante a combustão do combustível em um motor diesel é umproblema, razão pela qual tem havido tentativas para reduzir emissões departículas utilizando coletoras para partículas a jusante dos motores diesel.Contudo, esta direção de desenvolvimento está associada com problemastécnicos bem como econômicos. Portanto, motores a gás natural podem serutilizados como alternativas a motores diesel.

Motores de combustão interna de hoje, alimentados por gásnatural, projetados para acionar veículos pesados, são motores dieselmodificados. Motores de combustão interna são projetados de modo que umatemperatura máxima permitida de operação não seja excedida. Se estatemperatura é excedida, a carga térmica pode conduzir à quebra do motor. Talquebra pode ter lugar nos componentes principais do motor, por exemplo, demodo que os pistões no motor de combustão interna se tornam soldados àsparedes da câmara de combustão. Alternativamente, a quebra pode ter lugarnos tubos de descarga a jusante das câmaras de combustão onde, por exemplo,turbo compressores podem estar submetidos à sobrecarga térmica. Para evitarestes problemas, motores atuais de combustão interna alimentados a gásnatural são operados com uma relação de combustível-ar de λ = 1,5.

Esta operação tem mostrado ter a desvantagem de umcatalisador localizado a jusante do motor de combustão interna se tornarenvenenado devido à ocorrência de enxofre no combustível e óleo do motor.

Durante a operação de veículos pesados é importante que suaresposta a baixas velocidades do motor seja boa, pelo que, quer-se significarque o torque disponível quando em vazio é grande. Contudo, tem sidomostrado que veículos alimentados a gás natural em operação pobre temtorque relativamente baixo na velocidade em vazio comparada ao torquedisponível no ponto de operação que fornece potência máxima do motor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo da invenção é fornecer um aparelho e um métodode controlar a relação entre a quantidade de combustível e a quantidade de arem um motor de combustão interna alimentado a gás natural, onde a operaçãodo motor de combustão interna permite regeneração de um catalisadorlocalizado a jusante do motor de combustão interna, e fornecer um aparelho eum método para regular a relação da quantidade de combustível e aquantidade de ar em um motor de combustão interna alimentado a gás naturalque permite um aumento no torque disponível em velocidade em vazio. Estesobjetivos são alcançados com um aparelho de acordo com a porção decaracterização da reivindicação 1 e um método de acordo com a porção decaracterização da reivindicação 7.

Dividindo o diagrama de velocidade de rotação-carga domotor de combustão interna em uma primeira área onde o motor decombustão interna é operado de maneira pobre e uma segunda área onde omotor de combustão interna é operado de maneira estequiométrica, de modoque a área de operação estequiométrica seja arranjada para ser utilizada empontos de operação em dito diagrama de carga-velocidade de rotação emcarga baixa e/ou velocidade de rotação baixa, um motor de combustão internaé alcançado para o qual o torque disponível para a velocidade em vazio ésubstancialmente aumentada e para o qual regeneração do catalisador épossível através de operação intermitente em operação uniforme, isto é,operação na relação estequiométrica.

As mesmas vantagens são alcançadas com a porção decaracterização da reivindicação 8, onde o motor de combustão interna éoperado de maneira estequiométrica em pontos de operação no diagrama decarga-velocidade de rotação do motor de combustão interna com potênciabaixa, e de tal modo que o motor de combustão interna opera de maneirapobre em pontos de operação no dito diagrama de carga-rotação com potênciaelevada.

De acordo com uma configuração preferencial da invenção omapa de pontos de operação especificado do motor para o controle do valor λno diagrama carga-velocidade de rotação do veículo é arranjado de modo quea linha limite entre a operação pobre e a operação estequiométrica é colocadade modo que a temperatura em um diagrama a jusante das portas de descargada câmara de combustão do motor de combustão interna está limitada a umatemperatura máxima permitida. Esta temperatura limite usualmente é cerca de700°C.

Em uma outra configuração preferencial da invenção o pontode operação que existe no diagrama carga-velocidade de rotação do motor decombustão interna é determinado utilizando um parâmetro que é independentede que estado de operação o motor de combustão interna está para omomento, tal como o parâmetro torque requerido. Utilizando um parâmetrode controle que não seja afetado pelo estado de operação momentâneo domotor de combustão interna, operação e estável e algoritmos de controlesimples são obtidos, comparados a quando um parâmetro dependente, talcomo carga, velocidade de rotação ou torque desenvolvido é utilizado.

Em uma outra configuração preferencial existe uma mudançaetapa por etapa no valor λ na transição de operação pobre para operação5 estequiométrica e na transição de operação estequiométrica para operaçãopobre. Em uma configuração especialmente preferida, esta mudança emetapas tem lugar na forma de uma rampa linear. Através deste procedimento orisco de mudanças abruptas ocorrerem no torque desenvolvido em áreas demudança de operação com motores de combustão interna é reduzido.

Em ainda uma outra configuração preferencial da invenção, asditas primeira e segunda áreas se superpõem parcialmente uma à outra, peloque, mudanças instáveis entre a dita primeira área e a dita segunda área sãosuprimidas.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma configuração da invenção será descrita abaixo comreferência aos desenhos anexos, onde

A Figura 1 mostra um diagrama de formação de NOx comouma função de λ para um motor a gás natural,

A Figura 2 mostra um diagrama do grau de conversão comouma função de λ para um catalisador de oxidação montado a jusante de ummotor de combustão interna alimentado a gás natural,

A Figura 3 mostra, de maneira esquemática, um motor decombustão interna alimentado a gás natural de acordo com a invenção,

A Figura 4 mostra um exemplo da aparência de um mapa depontos de operação para controle de valor λ no diagrama carga-velocidade derotação do motor de combustão interna,

A Figura 5 mostra, de maneira esquemática, a função desuperposição ou histerese entre uma primeira área e uma segunda área em umdiagrama carga-velocidade de rotação do motor de combustão interna,A Figura 6 mostra, de maneira esquemática, um sistema decontrole para controlar o ângulo de estrangulamento e a quantidade fornecidade combustível para a câmara de combustão do motor de combustão interna, eA Figura 7 mostra, de maneira esquemática, circuitos paradeterminar em que modo de operação o motor de combustão interna está, e asubida ou descida do valor λ associado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na Figura 1 um diagrama da produção de NOx como umafunção da relação λ combustível para ar, para combustão de gás natural emum motor de combustão interna está mostrada de maneira esquemática. Estediagrama mostra que a produção de NOx tem um máximo a um valor λ logoacima de 1. Daí em diante, a produção de NOx diminui rapidamente com λcrescente, e é muito baixa em λ > 1,5. Comumente medições quanto àformação de Nox com λ = 1 são 10 g/kwh e com λ = 1,5 cerca de 1,5 g/kwh.

Na Figura 2 o grau de conversão de NOx como uma função deλ para um catalisador de oxidação montado a jusante de um motor decombustão interna alimentado a gás natural está mostrado de maneiraesquemática. O grau de conversão é da ordem de 99% para λ < 1,0 edesprezível para λ excedendo a 1,0.

Contra o fundamento das condições mostradas nas Figuras 1 e2, motores para gás natural convencionais têm sido projetados seja paraoperação em modo pobre com λ > 1,5 ou em operação uniforme com λ = 1.

Um motor de combustão interna alimentado a gás natural 1está mostrado de maneira esquemática na Figura 3. O próprio motor decombustão interna 1 é do tipo convencional e, portanto, não é descrito emdetalhe. Em uma configuração, o motor de combustão interna 1 compreendeum bloco de motor 2 no qual existe um número de câmaras de combustão naforma de cilindros 3 e um cabeçote de cilindro 4 no qual canais de admissão(não mostrado), portas de admissão (não mostrado), um conjunto de válvulas(não mostrado), tubos de descarga (não mostrado) e portas de descarga (nãomostrado) são formadas. O cabeçote de cilindro 4 está parcialmentesecionada, pelo que um dos cilindros do motor 3 está mostrado. Um coletorde admissão 5 é acoplado nas portas de admissão do cabeçote de cilindro 4 eum coletor de descarga 6 é acoplado às portas de descarga do cabeçote decilindro. O coletor de admissão 5 é conectado a um canal de admissão 7 noqual um estrangulador 8 está montado. Além disto, um compressor 9 pode sermontado no canal de admissão quando o motor de combustão interna ésobrecarregado. Quando o motor é sobrecarregado ele inclui preferivelmenteum resfriador de ar de admissão (não mostrado), montado a jusante docompressor 9. O coletor de descarga 6 é por sua vez acoplado a um sistema dedescarga 10 no qual um catalisador 11 é montado. Em alguns casos, quando omotor de combustão interna é do tipo turbo, existe também uma turbina dedescarga 12 montada no sistema de descarga 10. A turbina de descarga 12 e ocompressor 9 são usualmente montados em um eixo de rotação comum 13,porém também outros tipos de transmissão de potência a partir da turbina parao compressor são possíveis.

Os cilindros 3 são alimentados por combustível na forma degás natural através de um sistema de injeção de combustível 14. O sistema deinjeção de combustível 14 inclui uma reserva de combustível 15 na forma deum tanque de alta pressão, tubos de combustível que conectam o tanque decombustível 15 a um dispositivo de injeção na forma de injetores 17 que sãomontados usualmente a montante do coletor de admissão 5. Uma colocaçãocomum dos injetores 17 é entre o compressor 9 e o estrangulador 8.Alternativamente, os injetores podem ser montados à montante docompressor. Em uma configuração alternativa a injeção pode ter lugar forados cilindros 3 e na proximidade das portas de admissão dos cilindros, a assimchamada injeção de porta. De acordo com uma configuração alternativaadicional, os injetores 17 são montados e abrem diretamente na câmara decombustão 3, a assim chamada injeção direta. O combustível é bombeadoatravés do sistema de injeção de combustível por meio de uma bomba 18.

Além disto existe um sistema de ignição 19 conectado aomotor de combustão interna. O sistema de ignição 19 é do tipo convencional einclui uma fonte de voltagem (não mostrado) e uma parte de alta voltagemcom velas de ignição 20 que são montadas no cabeçote de cilindro 4. Em umaconfiguração alternativa da invenção a ignição pode ter lugar por meio dainjeção de uma pequena quantidade de combustível diesel diretamente para ointerior dos cilindros, assim chamado micro piloto. Assim, neste caso,nenhuma vela de ignição é utilizada. Ao invés disto, elas são substituídas porinjetores de diesel. A quantidade injetada do combustível diesel fornece umaumento de torque desprezível comparado a gás natural que é inflamado pormeio do diesel injetado e utilizado como o combustível principal.

O motor de combustão interna é controlado por meio de umdispositivo de controle 21 que é arranjado para controlar o estrangulador 8para obter o ângulo de estrangulamento correto para o estado de operaçãocorrente do motor de combustão interna, dispositivos de injeção 17 paraalcançar o suprimento correto de combustível para o estado de operaçãocorrente do motor de combustão interna e um sistema de ignição para alcançaro tempo de ignição correto para o estado de operação corrente do motor decombustão interna. Para esta finalidade o dispositivo de controle 21 secomunica com um atuador (não mostrado) arranjado para ajustar o ângulo deestrangulamento, com o dispositivo de injeção 17 para ajustar os tempos deinjeção, e com o sistema de ignição para controle de ignição.

Na Figura 4 um mapa de pontos de operação está mostrado demaneira esquemática para um valor λ de controle no diagrama carga-velocidade de rotação do motor de combustão interna. O diagrama carga-velocidade de rotação é dividido em uma primeira área 23 onde o motor decombustão interna opera em operação pobre e uma segunda área 24 onde omotor de combustão interna opera em operação estequiométrica ou rica comum valor λ entre 0,7 e 1,0. Por operação rica ou estequiométrica quer-sesignificar um valor λ entre 0,7 e 1,0. Por operação pobre e é aqui significadoum valor de λ que excede 1,0, preferivelmente um valor λ entre 1,25 e 2,0. Ainvenção trabalha melhor para operação pobre e com um valor λ entre 1,25 e1,6. Um valor λ na faixa 1,5 a 1,6 pode ser utilizado para alcançar formaçãoreduzida de Nox de maneira significativa, sem falha de explosão, e emissãoelevada de hidrocarbonetos, ou perda de torque devido a valores muitoelevados de λ. Para operação estequiométrica uniforme, é projetado que amistura combustível-ar na câmara de combustão do motor de combustãointerna tenha λ = 1,0. A primeira área e a segunda área são separadas por umalinha limite 25 entre operação pobre e operação estequiométrica. A linhalimite 25 é colocada de modo que a temperatura em um volume a jusante dasportas de descarga da câmara de combustão do motor de combustão internaseja limitada a uma temperatura máxima permitida. Esta temperatura máximaé usualmente cerca de 700 °C. A linha limite 25 é assim um limite de potênciapara combustão em operação uniforme, pelo que é assegurado que o motor decombustão interna e unidades acopladas a jusante dele não são submetidas acargas térmicas excessivas. A linha limite pode ser determinada através detestes durante projeto de um tipo de motor medindo a temperatura do gás dedescarga com um sensor em posições escolhidas a jusante das portas dedescarga da câmara de combustão. Motores de combustão são operados emrelação estequiométrica em pontos de operação diferentes com cargas evelocidades de rotação crescentes até que a temperatura máxima seja medida.

Os pontos de operação onde temperaturas máximas são alcançadas sãoanotados e a curva completa é obtida por meio de interpolação entre essesvalores de medição. Também cálculos teóricos podem ser a base paradeterminar os valores de temperatura dos pontos de operação, e com isto aforma e posição da linha limite no diagrama carga-velocidade de rotação domotor de combustão interna.

Em uma configuração preferencial a linha limite 25 é projetadacom uma certa histerese. Isto significa que a primeira área 23 e a segunda área24 parcialmente se superpõem uma à outra.

Na Figura 5 a função de superposição ou histerese entre umaprimeira área 23 e uma segunda área 24 em um diagrama carga-velocidade derotação de motor de combustão interna está mostrada de maneiraesquemática. A primeira área e a segunda área são separadas por uma linhalimite 25 que tem uma certa histerese 26. A linha limite é assim formada poruma primeira linha limite 27 e uma segunda linha limite 28 que seguem uma àoutra a uma distância que corresponde à dita histerese 26. A primeira linhalimite 27 delimita áreas no diagrama carga-velocidade de rotação do motor decombustão interna onde o motor de combustão interna desenvolve potênciabaixa e a segunda linha limite 28 delimita áreas no diagrama carga-velocidadede rotação do motor de combustão interna onde o motor de combustão internadesenvolve potência elevada. Uma variação de ponto de operação 29 mostracomo o motor de combustão interna se conforma a diferentes modos deoperação definidos pela primeira área 23 e a segunda área 24 para transiçãodesde a segunda área 24 para a primeira área 23 e inversamente. A variaçãode ponto de operação assim atravessa pontos de operação A-H destacadosno desenho. Na passagem de A para B o primeiro ponto de operação passa aprimeira linha limite 27. Neste modo o motor de combustão interna não mudade sua operação em seu segundo modo de operação definido pela segundaárea 24 onde o motor de combustão interna opera sob condições decombustão estequiométricas. Algo mais tarde o ponto de operação passa asegunda linha limite 28. Nesta posição o motor de combustão interna mudasua operação para seu primeiro modo de operação definido pela primeira área23 onde combustão tem lugar com a mistura pobre combustível-ar. Alémdisto, ao mover o ponto de operação de B para C ele passa a segunda linhalimite 28. Uma vez que ambas as linhas limite não foram atravessadas não háajustamento para o segundo modo de operação que corresponde a outra áreade operação 24. Quando a variação do ponto de operação continua de C paraD a segunda linha limite 28 é passada novamente sem alterar o modo deoperação. Nesta posição o motor de combustão interna já opera em seuprimeiro modo de operação que corresponde à primeira área 23. Mais tarde,quando a variação do ponto de operação se move de D para E ambas as linhaslimite 27 e 28 são passadas novamente e o motor de combustão interna mudaseu modo de operação da primeira área 23 para a segunda área 24. Da mesmamaneira não há mudança em modo de operação quando o ponto de operaçãose move de E para F, de F para G e de G para H. Em resumo, o modo deoperação do motor de combustão interna muda da primeira área 23 para asegunda área 24 quando a segunda linha limite 28 e a primeira linha limite 27são excedidas consecutivamente e existe uma mudança no modo de operaçãodo motor de combustão interna da segunda área 24 para a primeira área 23quando a primeira linha limite 27 e a segunda linha limite 28 são passadasconsecutivamente. A utilização de uma superposição entre a primeira área 23e a segunda área 24 significa que comutação instável entre as duas áreas paraa pequena variação no ponto de operação junto à linha limite 25 é evitada.

Ao mover da primeira área 23 para a segunda área 24 ou vice-versa, existe uma mudança em etapas no valor λ de acordo com umaconfiguração preferencial da invenção. Em uma configuração especialmentepreferida, esta mudança em etapas tem lugar na forma de uma rampa linear.Por isto quer-se significar que o valor λ aumenta ou diminui por um pequenoincremento durante um período de tempo prescrito ou durante um númeropredeterminado de rotações do motor. Através deste procedimento o risco demudanças abruptas que ocorrem no torque desenvolvido na mudança da áreade operação do motor de combustão interna é reduzido.

Na Figura 6 um exemplo de um sistema de controle 30 paracontrolar o ângulo de estrangulamento e a quantidade de combustívelfornecida para a câmara de combustão do motor de combustão interna estámostrada de maneira esquemática. O sistema de controle inclui um primeirobloco funcional 31 que gera um sinal de saída 32 de acordo com o torquerequerido. O sinal de entrada para o primeiro bloco funcional 31 inclui, porexemplo, a posição do pedal de gás para o veículo.

O sinal de saída 32 a partir do primeiro bloco funcional 31 éum sinal de entrada para um segundo bloco funcional 44. O segundo blocofuncional 44 determina um sinal de saída 45 de acordo com o valor λrequerido. O segundo bloco funcional inclui um primeiro circuito 46 no qualo sinal de saída 32 de acordo com o torque desenvolvido requerido é filtradoem passa baixo, pelo que, flutuações de alta freqüência são reduzidas e umterceiro sinal de saída 47 é gerado, onde a resposta dinâmica do motor élevada em consideração. O terceiro sinal de saída filtrado em passa baixo 47 eum sinal de entrada 48 que corresponde à velocidade de rotação corrente domotor são utilizados em um segundo circuito 49 no qual um sinal de saída 50que corresponde ao ponto de operação corrente é gerado. O sinal de saída 50 éo sinal de entrada para um terceiro circuito 40 que gera um sinal de saída 45'que corresponde ao grau de mudança de modo entre o primeiro modo deoperação e o segundo modo de operação, dependendo de que área o motorestá e como a mudança aconteceu. Uma descrição mais detalhada de umprojeto exemplo do circuito 40 é fornecida abaixo em conexão com a Figura 7.

Utilizando o terceiro sinal de saída filtrado em passa baixo e osinal de entrada 48 que corresponde à velocidade de rotação corrente domotor uma posição de ponto de operação para o motor de combustão interna édeterminada para um diagrama especificado carga-velocidade de rotaçãoespecificamente para o motor de acordo com o que foi descrito acima. Emuma configuração preferencial, o sinal de saída 45 que corresponde ao valor λrequerido é gerado levando em consideração possível superposição entre aprimeira área 23 e a segunda área 24 que corresponde a diferentes modos deoperação do motor de combustão interna e/ou de rampas existentes para cimaou para baixo do valor λ na mudança de uma área para outra área.

Na Figura 7, circuitos do dito segundo bloco funcional 44 noqual um sinal de saída 45 que corresponde ao valor λ requerido é determinadosão mostrados de maneira esquemática. No segundo circuito 49 uma posiçãode ponto de operação para o motor de combustão interna em um diagramaespecificado de carga-velocidade de rotação específico do motor édeterminado pelo terceiro sinal de saída filtrado em passa baixo e o sinal deentrada 48 que corresponde à velocidade de rotação corrente do motor. Nestecaso o segundo circuito 49 gera um sinal de saída 50 que corresponde aoponto de operação corrente. Em um terceiro circuito 51 é determinado se oponto de operação se situa na primeira área 23 ou na segunda área 24 e umsinal de saída 52 é gerado, o qual corresponde à área corrente. Além disto, umquarto circuito 53 que utiliza o sinal de saída 52 que corresponde à áreacorrente e um sinal de saída 50 que corresponde ao ponto de operaçãocorrente determinam se a primeira linha limite 27 ou a segunda linha limite 28foram excedidas. Neste caso um sinal de saída 54 é gerado indicando que omotor de combustão interna mudou de modo de operação da primeira área 23para a segunda área 24, ou inversamente. Este sinal de saída é devolvido parao terceiro circuito 51 mantendo assim informação corrente a respeito da áreade operação. O terceiro circuito 53 também gera um segundo sinal de saída45' que corresponde ao valor λ requerido. No caso que não haja função rampaeste sinal de saída corresponde ao sinal de saída 45 do segundo blocofuncional que corresponde ao valor λ requerido. Contudo, em umaconfiguração preferencial o sinal de saída 45 do quarto circuito 53 é um sinalde entrada para um quinto circuito 55, no qual um sinal de saída 45 dosegundo bloco funcional 44 que corresponde ao valor λ requerido é geradocom rampa para cima ou para baixo na mudança da primeira área 23 para asegunda área 24, ou inversamente. Para a geração desta rampa para cima ourampa para baixo, o quinto circuito tem um segundo sinal de entrada 56 que éuma freqüência de relógio ou uma velocidade de rotação do motor para a qualrampa contínua etapa por etapa para cima ou para baixo do sinal de saída 45 épermitida.

O sinal de saída 45 do segundo bloco funcional 44 é o sinal deentrada para um terceiro bloco funcional 57 que é um dispositivo de controleconvencional para ajustar o ângulo de estrangulamento. O terceiro blocofuncional 57 inclui um primeiro circuito 58 no qual um sinal de saída 59 quecorresponde ao ângulo de estrangulamento requerido é gerado a partir do sinalde saída 32 que corresponde ao torque desenvolvido requerido, um sinal deentrada 48 que corresponde à velocidade de rotação corrente do motor e osinal de saída 45 que corresponde ao valor λ requerido. O sinal de saída doterceiro bloco funcional é então enviado para atuadores que ajustam o ângulode estrangulamento para o modo desejado.

O sinal de saída 45 do segundo bloco funcional 44 é também osinal de entrada para um quarto bloco funcional 62 que é um dispositivo decontrole convencional para controlar a relação entre combustível e ar comrelação a um valor alvo. O quarto bloco funcional 62 inclui um primeirocircuito 63 no qual um sinal de saída 64, que corresponde a um escoamentode ar medido, é gerado. Este sinal de saída 64 é utilizado como o sinal deentrada para um segundo circuito 65, no qual um sinal de saída 66 quecorresponde ao valor alvo para λ é gerado a partir do sinal de entrada 45 quecorresponde ao λ requerido, a velocidade de rotação corrente do motor 48 e osinal de saída 64 que corresponde ao escoamento de ar medido. Um terceirocircuito 67 que compreende um controlador de λ gera um sinal de entrada 68que corresponde a um quociente calculado combustível/ar. Além disto, em umquarto circuito 69 um sinal de saída 70 é gerado a partir de um sensor de λ.Em um quinto circuito 71 um sinal de saída 72 é gerado que corresponde àquantidade requerida de combustível a partir do sinal de saída 66 quecorresponde ao valor alvo para λ , o sinal de saída 64 que corresponde a umescoamento de ar medido, o sinal de entrada 68 que corresponde a umarelação calculada combustível/ar no outro bloco funcional e o sinal de saída70 a partir de um sensor de λ , pelo que, ajustamento do tempo de injeçãopara os injetores 17 no motor de combustão interna faz uso do sinal de entrada72.

A invenção não está limitada às configurações descritas acima,mas pode ser variada dentro do escopo das reivindicações a seguir. Emparticular, o primeiro, terceiro e quarto blocos de função podem serprojetados de outras maneiras conhecidas de pessoas versadas na técnica.

Claims

1. Aparelho para controlar a relação da quantidade decombustível e a quantidade de ar em um motor de combustão internaalimentado a gás natural projetado para trabalhar em um diagramaespecificado de carga-velocidade de rotação especifico do motor, cujoaparelho inclui um estrangulador (8) para controlar a quantidade de arfornecida para câmaras de combustão no motor de combustão interna,dispositivos de injeção para controlar a quantidade de gás natural fornecidapara as câmaras de combustão e dispositivos de controle (21) para controlaros dispositivos estrangulador e de injeção, pelo que, o dispositivo de controle(21)é arranjado para controlar a relação da quantidade de combustível e aquantidade de ar dependendo do ponto de operação corrente no diagrama decarga-velocidade de rotação do motor de combustão interna, caracterizadopelo fato de o diagrama carga-velocidade de rotação ser dividido em umaprimeira área onde o motor de combustão interna opera em modo pobre e umasegunda área onde o motor de combustão interna opera em modoestequiométrico ou rico e pelo fato de a área para operação estequiométricaser arranjada para ser utilizada para pontos de operação na área de carga-velocidade de rotação com potência baixa.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de área de operação estequiométrica ser separada da área deoperação pobre de modo que a temperatura em uma posição a jusante dasportas de descarga da câmara de combustão do motor de combustão internaser limitada a uma temperatura máxima permitida na qual o dispositivo decontrole (21) é arranjado para permitir mudança de operação estequiométricaou rica para operação pobre antes que dita temperatura máxima sejaalcançada.

3. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1ou 2, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle (21) ser arranjadopara determinar o ponto de operação corrente no diagrama carga-velocidadede rotação utilizando um sinal de controle que corresponde ao torquedesenvolvido requerido a partir do motor de combustão interna.

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle (21) serarranjado para controlar a mudança entre operação pobre e operaçãoestequiométrica ou rica na passagem da primeira área para a segunda área pormeio de ajustamento etapa por etapa da relação da quantidade de combustívele a quantidade de ar.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de o dispositivo de controle (21) ser arranjado para controlar amudança entre operação estequiométrica ou rica e operação pobre napassagem da segunda área para a primeira área por meio de ajustamento etapapor etapa da relação da quantidade de combustível e a quantidade de ar.

6. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de a primeira área e a segunda área sesuperporem parcialmente uma à outra escondendo com isto comutaçãoinstável entre as áreas.

7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de a primeira área corresponder um valorλ entre 1,25 e 1,6 e por a segunda área corresponder a um valor λ entre 0,7 e 1,0.

8. Método para controlar a relação da quantidade decombustível e a quantidade de ar em um motor de combustão internaalimentado por gás natural projetado para trabalhar em um diagramaespecificado de carga- velocidade de rotação especifico do motor, pelo que,um dispositivo de controle (21) para o motor de combustão interna controla arelação da quantidade de combustível e a quantidade de ar dependendo doponto de operação corrente no diagrama carga-velocidade de rotação domotor de combustão interna ajustando o ângulo de estrangulamento de umestrangulador (8) no motor de combustão interna para controlar a quantidadede ar fornecida para as câmaras de combustão no motor de combustão internae controlar a quantidade de gás natural fornecida para as câmaras decombustão por meio de dispositivos de injeção, caracterizado pelo fato de omotor de combustão interna operar em modo estequiométrico ou rico empontos de operação no diagrama carga-velocidade de rotação com baixapotência e o motor de combustão interna operar em modo pobre em pontos deoperação no dito diagrama carga-velocidade de rotação com potência elevada.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de a área de operação estequiométrica ou rica ser separada da área deoperação pobre de modo que a temperatura em uma posição a jusante de duasportas de descarga da câmara de combustão do motor de combustão internaser limitada a uma temperatura máxima permitida no qual o dispositivo decontrole (21) é arranjado para permitir mudança de operação estequiométricaou rica para operação pobre antes que dita temperatura máxima sejaalcançada.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8ou 9, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle (21) determinar oponto de operação corrente no diagrama carga-velocidade de rotaçãoutilizando um sinal de controle que corresponde ao torque requerido a partirdo motor de combustão interna.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 10, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle (21) controlar amudança entre operação pobre e operação estequiométrica na passagem daprimeira área para a segunda área através de ajustamento etapa por etapa darelação da quantidade de combustível e a quantidade de ar.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de o dispositivo de controle (21) controlar a mudança entre operaçãoestequiométrica e operação pobre na passagem da segunda área para aprimeira área através de ajustamento etapa por etapa da relação da quantidadede combustível e a quantidade de ar.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 12, caracterizado pelo fato de a primeira área e a segunda área sesuperporem parcialmente uma à outra escondendo com isto comutaçãoinstável entre as áreas.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 13, caracterizado pelo fato de a primeira área corresponder a um valor λentre 1,25 e 1,6 e por a segunda área corresponder a um valor λ entre 0,7 e 1,0.