BR102013002421B1

BR102013002421B1 - Método de controle de um turbocompressor de geometria variável e método de controle de uma comporta de passagem de um turbocompressor

Info

Publication number: BR102013002421B1
Application number: BR102013002421-0A
Authority: BR
Inventors: Matthew Joseph Seiberlich; James Rynold Popp; Sean Christopher Wyatt; Michael James Mcnulty; Jose Antonio Rodriguez; Jeremy Grant Schipper
Original assignee: International Engine Intellectual Property Company, Llc
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2022-03-22
Also published as: EP2623758A3; EP2623758A2; CN103225553B; CN103225553A; EP2623758B1; US20130195614A1; BR102013002421A2; US10132318B2

Abstract

CONTROLE DE TURBOCOMPRESSOR. A presente invenção refere-se a um método de controle de um turbocompressor de geometria variável é apresentado. Uma pressão de reforço desejada predefinida de um turbocompressor é obtida a partir de uma memória. Uma razão desejada do fluxo de massa predefinida em um tubo de distribuição de admissão de um motor é obtida a partir da memória. Uma quantidade teórica de força requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão de fluxo de massa desejada é calculada. Uma razão do fluxo de massa real no tubo de distribuição de admissão é determinada. Uma quantidade real de força requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão de fluxo de massa real é calculada. Pelo menos uma pá ajustável da turbina do turbocompressor é ajustada para permitir que a quantidade teórica de força requerida do turbocompressor geralmente iguale a quantidade de força real ajustando a pressão de reforço.

Description

Descrição. Campo técnico

[0001] A presente invenção refere-se ao controle de numerosos parâmetros de operação do motor usados para a combustão em um motor de combustão interna e mais particularmente a um sistema e método para controlar um motor usando vários pontos estabelecidos para o motor.

Antecedentes

[0002] Muitos fatores, incluindo os esforços de responsabilidade ambiental e regulamentos ambientais modernos sobre emissões de descarga do motor, reduziram os níveis aceitáveis permissíveis de certos poluentes que entram na atmosfera seguinte à combustão de combustíveis fósseis. Cada vez mais, padrões de emissão mais severos podem exigir maior controle sobre qualquer um ou ambos a combustão do combustível e o tratamento pós-combustão da descarga. Por exemplo, os níveis permissíveis de óxido de nitrogênio (NOx) e matéria em partículas foram grandemente reduzidos através dos últimos vários anos. Foi verificado que a regulação da injeção do combustível e a quantidade do combustível a ser injetado são fatores importantes na formação da emissão, junto com outros aspectos, tais como recirculação do gás de descarga (EGR), ajustes da pá de turbocompressores de geometria variável (VGTs), temperatura do tubo de distribuição de admissão e regulação da válvula de admissão.

[0003] Um sistema de controle de motor eletrônico assim pode se tornar muito complicado a fim de permitir que um motor produza desempenho desejável, enquanto também satisfazendo limites de emissões requeridos. Como o motor pode ser submetido a uma variedade de tarefas de operação e condições de operação diferentes, uma variedade de parâmetros de operação do motor é controlada, tais como regulação da injeção de combustível, quantidade de injeção de combustível, pressão de injeção do combustível, regulação da válvula de admissão, regulação da válvula de descarga, ajustes da válvula da EGR, ajustes do turbocompressor e assim por diante. Entretanto, o ajuste de um parâmetro do motor pode neutralizar o ajuste feito em outro parâmetro do motor ou pode causar uma mudança maior nas operações do motor do que era planejado quando o ajuste é feito em outro parâmetro do motor. Foi verificado que para uma dada condição de operação do motor, vários parâmetros de operação do motor podem ser coordenados para um ponto estabelecido para a dada condição de operação do motor, tal que o ponto estabelecido permite que o motor gere uma saída de potência requerida, enquanto também gerando níveis aceitáveis de NOx e matéria em partículas. Existe uma necessidade de um sistema de controle de motor que permita que uma pluralidade de pontos estabelecidos para várias condições de operação do motor seja aplicada em um motor com base nas condições de operação do motor.

Sumário

[0004] De acordo com um processo, um método de controle de um turbocompressor de geometria variável é apresentado. A pressão de reforço desejada predefinida de um turbocompressor é obtida a partir de uma memória. A razão desejada do fluxo de massa predefinida em um tubo de distribuição de admissão de um motor é obtida a partir da memória. A quantidade teórica de potência requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão de fluxo de massa desejada é calculada. A razão do fluxo de massa real no tubo de distribuição de admissão é determinada. A quantidade real de potência requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão de fluxo de massa real é calculada. Pelo menos uma pá ajustável da turbina do turbocompressor é ajustada para permitir que a quantidade teórica de potência requerida do turbocompressor geralmente iguale a quantidade de potência real ajustando a pressão de reforço.

[0005] De acordo com outro processo, um método de controle de uma comporta de passagem de um turbocompressor é apresentado. A pressão de reforço desejada predefinida de um turbocompressor é obtida a partir de uma memória. A razão do fluxo de massa desejada predefinida em um tubo de distribuição de admissão de um motor é obtida a partir da memória. A quantidade teórica da potência requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão do fluxo de massa desejada é calculada. A razão do fluxo de massa real no tubo de distribuição de admissão é determinada. A quantidade real de potência requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão do fluxo de massa real é calculada. A posição da comporta de passagem do turbocompressor é ajustada para permitir que a quantidade teórica de potência requerida do turbocompressor geralmente iguale a quantidade real de potência ajustando a pressão de reforço.

Breve descrição dos desenhos

[0006] A Figura 1 é um diagrama de blocos do sistema de controle do banco de pontos estabelecidos de acordo com uma modalidade.

[0007] A Figura 2 é um diagrama de blocos do sistema de controle do banco de pontos estabelecidos de acordo com outra modalidade.

[0008] A Figura 3 é um gráfico mostrando a acumulação da material em partículas.

[0009] A Figura 4 é um diagrama esquemático mostrando o volume de um cilindro de um motor.

Descrição detalhada

[0010] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos indicando um método de controle de motor com banco de pontos estabelecidos 10. O método 10 tem uma porção de seleção do ponto estabelecido 12. A porção de seleção do ponto estabelecido pode utilizar uma variedade de entradas a fim de determinar a informação sobre o estado de operação do motor e as condições ambientes circundando o motor. Por exemplo, a porção de seleção do ponto estabelecido 12 pode receber entradas que incluem a temperatura do refrigerante do motor, a temperatura do tubo de distribuição de admissão, a pressão ambiente ou a medição da altitude, velocidade do motor, saída de torque do motor, um sinal indicativo do motor sendo usado para operar uma tomada de potência (“PTO”), uma estimativa da geração da matéria em partículas desde que o motor foi iniciado e uma variedade de outros sinais indicativos da operação do motor e das condições de operação do motor.

[0011] A porção de seleção do ponto estabelecido 12 utiliza essas entradas para determinar um modo e um estado no qual o motor está operando. O modo é indicativo de uma vocação ou tarefa que o motor está executando. Por exemplo, o modo do motor pode ser operações normais, operações PTO, inatividade estendida, operações de parada e avanço, operações de alto rendimento, bem como outros modos.

[0012] O estado da operação do motor que é liberado da lógica de seleção do ponto estabelecido indica a emissão de NOx e a faixa de operação da estabilidade da combustão do motor. Por exemplo, um primeiro estado pode oferecer um alto nível de estabilidade de combustão do motor e um nível mais alto de emissões de NOx, enquanto um segundo estado proporciona um nível menor de estabilidade da combustão do motor e um nível menor de emissões de NOx. Assim, se o sistema de controle do motor determina que a estabilidade de combustão do motor está abaixo de um limiar predeterminado, o estado será alterado para melhorar a estabilidade da combustão do motor. Uma vez que uma estabilidade de combustão aceitável seja obtida e mantida, é considerado que o estado pode ser alterado para um estado de produção de NOx menos estável, porém menor, a fim de minimizar as emissões do motor.

[0013] Uma vez que o modo e o estado foram escolhidos na lógica de seleção do ponto estabelecido 12, o banco de pontos estabelecidos 14 é acessado. O banco de pontos estabelecidos 14 tem uma pluralidade de ajustes de ponto estabelecido com base no modo e no estado. Cada um da pluralidade de ajustes do ponto estabelecido contém todos os pontos estabelecidos para os vários parâmetros de operação do motor, tais como pressão de injeção do combustível, regulação da injeção do combustível, regulação da válvula, ajustes da válvula EGR, ajustes do turbocompressor de geometria variável e assim por diante. Assim, cada um da pluralidade de ajustes do ponto estabelecido contém um conjunto completo de ajustes para os vários parâmetros de operação do motor que permitem que o motor produza a potência requerida, enquanto também produzindo níveis permissíveis de emissões.

[0014] É considerado que os ajustes do ponto estabelecido que preenchem o banco de pontos estabelecidos podem ser gerados de várias maneiras. Em uma primeira maneira de geração de ajustes do ponto estabelecido, o motor é operado em uma célula de ensaio do motor, onde a instrumentação é capaz de medir precisamente as emissões do motor e as saídas de potência do motor, enquanto também permitindo o controle das condições dentro da célula de ensaio. Por exemplo, as condições atmosféricas dentro da célula de ensaio podem ser ajustadas para simular uma variedade de pressões atmosféricas, temperaturas e conteúdos de oxigênio do ar de admissão. Adicionalmente, a célula de ensaio pode permitir que uma ampla variedade de condições de carga do motor seja simulada, tais como aceleração rápida, operação com alta carga, operação com pouca carga e inatividade. Com base na variedade de condições de operação simuladas, os ajustes para os parâmetros de operação do motor podem ser otimizados e guardados no banco de pontos estabelecidos.

[0015] Adicionalmente, é possível gerar ajustes do ponto estabelecido usando calibragem no veículo de um motor durante um processo de desenvolvimento do motor. A calibragem no veículo pode ser menos desejável do que a calibragem da célula de ensaio, com base nas variáveis adicionais que são introduzidas durante a calibragem no veículo, tal como condições atmosféricas variáveis.

[0016] Como mostrado na Figura 1, o banco de pontos estabelecidos 14 libera os pontos estabelecidos que são utilizados para controlar vários parâmetros de operação do motor. Por exemplo, os pontos estabelecidos são utilizados por um primeiro algoritmo da EGR 16 e um segundo algoritmo da EGR 18 para controlar a posição de uma válvula da EGR e apresentar quantidades variadas de EGR para o tubo de distribuição de admissão do motor. O uso de ambos um primeiro algoritmo da EGR 16 e um segundo algoritmo da EGR 18 pode propiciar um controle mais robusto de uma válvula da EGR no motor. O controle mais robusto da válvula da EGR pode controlar melhor as emissões do motor.

[0017] Por exemplo, as saídas do primeiro algoritmo da EGR 16 e do segundo algoritmo da EGR 18 podem ser comparadas em um comparador 20 para determinar qual, entre o primeiro algoritmo da EGR 16 e o segundo algoritmo da EGR 18, utilizar. O comparador 20 também recebe o modo no qual o motor está operando da lógica de seleção do ponto estabelecido 12. Com base nas entradas da lógica de seleção do ponto estabelecido 12, do primeiro algoritmo da EGR 16 e do segundo algoritmo da EGR 18, o comparador 20 seleciona a saída que é usada para controlar a válvula da EGR.

[0018] Similarmente, os pontos estabelecidos do banco de pontos estabelecidos 14 são utilizados por um algoritmo de controle do turbo 22 para controlar um turbocompressor de geometria variável. Um turbocompressor de geometria variável é tipicamente capaz de alterar a geometria da posição das pás em uma porção da turbina do turbocompressor para permitir que o turbocompressor seja mais eficiente ou responsivo as condições de operação variadas e também possa ser usado para controlar o nível de reforço gerado pelo turbocompressor. Os pontos estabelecidos são usados para posicionar as pás, ou outros elementos ajustáveis do turbocompressor, com base nas condições de operação do motor.

[0019] Um algoritmo de controle de combustível 24 é também apresentado que utiliza os pontos estabelecidos do banco de pontos estabelecidos 14. O algoritmo de controle de combustível 24 usa os pontos estabelecidos para controlar a quantidade de combustível a injetar nos cilindros, a regulação da injeção do combustível, bem como vários eventos de injeção de combustível. Por exemplo, os pontos estabelecidos do banco de pontos estabelecidos 14 são utilizados pelo algoritmo de controle do combustível para definir a regulação de um evento de injeção de combustível no cilindro durante um ciclo de combustão.

[0020] Algoritmos adicionais de controle do motor 26 podem também ser fornecidos que utilizam os pontos estabelecidos do banco de pontos estabelecidos 14. Por exemplo, um algoritmo de controle de regulação da válvula variável pode usar os pontos estabelecidos para controlar a regulação da abertura e do fechamento de ambas as válvulas de admissão e válvulas de descarga em um motor.

[0021] Com referência agora à Figura 2, uma modalidade alternativa mostrando como o estado para o banco de pontos estabelecidos é determinado é representada. Um diagrama de blocos indicando um método de controle do motor do banco de pontos estabelecidos 100 inclui uma porção de seleção de modo 102 e uma porção de seleção de estado 104. Como discutido acima, o modo é baseado na vocação do motor e assim é geralmente determinado prontamente. A porção de seleção de estado 104 inclui uma tabela tridimensional 106. A tabela tridimensional 106 arranja as saídas de estado com base em uma pluralidade de dados medidos, tais como pressão barométrica, temperatura do refrigerante, temperatura do tubo de distribuição de admissão, temperatura ambiente, pressão de reforço, pressão do tubo de distribuição de admissão, fluxo do ar de admissão e assim por diante. Com base na pluralidade de dados medidos, o estado da tabela tridimensional 106 é determinado.

[0022] A porção de seleção de estado 104 compreende adicionalmente uma tabela unidimensional 108. Como mostrado na Figura 2, a tabela unidimensional 108 pode ser baseada em um modelo de uma característica do motor, tais como acumulação da matéria em partículas, porcentagem do oxigênio de admissão, concentração de oxigênio do tubo de distribuição de descarga e utilização da carga de admissão. A tabela unidimensional 108 tem uma pluralidade de estados baseados no modelo de uma característica selecionada do motor. O estado da tabela unidimensional 108 é determinado.

[0023] Um comparador 110 recebe o estado selecionado por ambas a tabela tridimensional 106 e a tabela unidimensional 108. O comparador 110 pode ser programado para selecionar o estado com base em uma variedade de considerações com base em qualquer diferença entre o estado gerado da tabela tridimensional 106 e da tabela unidimensional 108.

[0024] Por exemplo, pode ser verificado em algumas circunstâncias que o estado selecionado pela tabela unidimensional 108 deve controlar se as diferenças nos estados selecionados pela tabela unidimensional 108 e a tabela tridimensional 106 excedem um número predeterminado de estados. Em tal cenário, o atributo da tabela unidimensional 108 é julgado mais importante para a operação do motor do que o estado selecionado pela tabela tridimensional 106.

[0025] Similarmente, em outras condições de operação do motor, pode ser verificado que o estado selecionado pela tabela tridimensional 106 deve controlar se as diferenças nos estados selecionados pela tabela unidimensional 108 e a tabela tridimensional 106 excedem um número predeterminado de estados. Em tal cenário, o atributo da tabela tridimensional 106 é julgado mais importante para a operação do motor do que o estado selecionado pela tabela unidimensional 108. A importância da seleção do estado da tabela tridimensional 106 e da tabela unidimensional 108 pode ser determinada com base na atividade de calibragem do motor, tal como essa executada em uma célula de ensaio do motor ou no ensaio do motor no veículo.

[0026] Assim, o banco de pontos estabelecidos 14 proporciona os parâmetros de operação do motor a serem definidos durante a operação do estado estável e aplicados em uma ampla variedade de condições de operação do motor que um motor pode experimentar. O banco de pontos estabelecidos permite que os pontos estabelecidos mudem quando a função do motor é alterada, o modo, e permite que o estado mude quando a combustão se torna instável ou quando as emissões não estão sendo satisfeitas. Assim, o banco de pontos estabelecidos 14 permite maior controle da operação do motor, a despeito das condições de operação do motor.

[0027] Como mencionado acima em conjunto com a Figura 2, o motor pode ser configurado para escolher pontos estabelecidos com base nas condições específicas de operação do motor, tal como a acumulação da matéria em partículas. A Figura 3 mostra um gráfico 200 mostrando a matéria em partículas acumulada 202, tal como a quantidade da matéria em partículas acumulada em um filtro de partículas de diesel (DPF) dentro de um sistema de descarga para o motor, comparado com uma razão permitida de acumulação de matéria em partículas 204. O uso de um modelo de acumulação de matéria em partículas para controlar os pontos estabelecidos selecionados do banco de pontos estabelecidos pode ser benéfico por numerosas razões. Primeiro, a acumulação excessiva da matéria em partículas pode fazer com que o DPF precise de substituição prematuramente. Como o DPF pode ser um componente caro, uma duração de vida reduzida do DPF é prejudicial. Adicionalmente, a acumulação excessiva de matéria em partículas no DPF resultará em regenerações mais frequentes do DPF. A regeneração do DPF requer o uso de combustível adicional, dessa forma reduzindo a economia observada de combustível do veículo.

[0028] Como mostrado na Figura 3, no ponto 206 onde a material em partículas acumulada 202 supera a razão permitida de acumulação da matéria em partículas 204, os pontos estabelecidos do banco de pontos estabelecidos usado para operar o motor serão alterados para pontos estabelecidos que geram menos matéria em partículas durante a combustão. Os pontos estabelecidos podem ser dispostos com base nas razões observadas de acumulação da matéria em partículas gerada para um ponto estabelecido particular, dados que podem ser obtidos durante a calibragem do motor. Assim, o motor operará em um ponto estabelecido para gerar menos matéria em partículas durante a combustão até que a matéria em partículas acumulada 202 caia abaixo da razão permitida de acumulação de matéria em partículas 204, como mostrado no ponto 208.

[0029] É considerado que depois que o motor está operando abaixo da razão permitida de acumulação da matéria em partículas 204 no ponto 208, o motor pode ter permissão para utilizar o ponto estabelecido prévio que estava gerando mais matéria em partículas.

[0030] É considerado que a estabilidade da combustão e/ou emissões de NOx podem impedir que o motor opere com pontos estabelecidos que geram menos matéria em partículas durante algumas condições de operação do motor, e em tais momentos, o motor operará para satisfazer níveis de emissão de NOx permissíveis e/ou requisitos de estabilidade da combustão. Entretanto, depois que as operações do motor permitem a combustão reduzida da formação da matéria em partículas, os pontos estabelecidos serão utilizados para gerar níveis reduzidos de matéria em partículas durante a combustão.

[0031] Foi verificado que o uso do percentual de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão do motor pode ser usado para controlar efetivamente a posição de uma válvula da EGR em um motor para controlar a quantidade de EGR fornecida para o tubo de distribuição de admissão do motor. Tentativas prévias para controlar a quantidade de EGR fornecida para o tubo de distribuição de admissão do motor contaram com a porcentagem de EGR sendo fornecida para o sistema de admissão. Entretanto, foi verificado que a produção de NOx do motor acompanha mais firmemente o percentual de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão do que a porcentagem da EGR sendo fornecida para o motor.

[0032] Foi verificado que a fórmula seguinte pode ser usada para determinar o percentual de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão:

[0033] onde À é a quantidade medida de oxigênio dentro da descarga e EGR é o percentual de EGR sendo fornecida para o motor. Foi verificado que sensores para medir a quantidade de oxigênio dentro da descarga são mais confiáveis do que um sensor para medir diretamente a quantidade de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão, já que sensores de oxigênio são sensíveis ao calor e à vibração.

[0034] Também foi verificado que o uso de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão do motor para controle da EGR pode ser benéfico durante as operações transitórias do motor, tal como durante a rápida aceleração quando um fluxo de ar maior é necessário para a combustão de uma quantidade maior de combustível e pode reduzir a quantidade de oxigênio dentro da descarga. Assim, mesmo embora a razão de fluxo do ar através da admissão do motor possa ser similar a outras condições de operação, a EGR pode ter uma quantidade menor de oxigênio, assim a porcentagem de oxigênio do tubo de distribuição de admissão também será mais baixa. Portanto, a razão de EGR em tal condição de operação não precisa ser muito alta, com base na quantidade reduzida de oxigênio dentro da descarga, a fim de reduzir suficientemente o NOx formado durante a combustão. Dito de outra forma, pelo controle da quantidade da EGR fornecida com base na quantidade de oxigênio presente no tubo de distribuição de admissão, um controle mais preciso do nível de diluente (gás de descarga) é propiciado, permitindo um controle mais preciso das emissões de NOx do motor.

[0035] Adicionalmente, o uso de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão para controlar os níveis de EGR no motor permite controles de emissões mais precisos entre motores individuais, cada um dos quais tendo parâmetros de operação ligeiramente diferentes. Por exemplo, um primeiro motor pode ter um turbocompressor que produz ligeiramente mais reforço do que um turbocompressor em um segundo motor, mesmo se os motores são do mesmo modelo e utilizam o mesmo modelo de turbocompressor. Assim, pelo uso da quantidade de oxigênio realmente dentro do tubo de distribuição de admissão, leves variações entre o primeiro motor e o segundo motor podem ser consideradas e níveis mais precisos de EGR podem ser fornecidos para os motores a fim de reduzir as emissões de NOx. Portanto, o mesmo software de controle resultará em emissões similares de NOx entre os motores com leves diferenças.

[0036] Outra estratégia de controle que pode ser utilizada em um motor envolve o uso de um conceito de controle de turbocompressor. Muitos sistemas de controle do motor utilizam a pressão do tubo de distribuição de admissão a fim de controlar uma comporta de passagem em um turbocompressor ou pás de um turbocompressor de geometria variável. Entretanto, o controle da pressão do tubo de distribuição de admissão tipicamente não é o que realmente se deseja controlar pela comporta de passagem ou o ajuste da pá, ao contrário, o controle do turbocompressor é geralmente desejado de modo a proporcionar uma quantidade desejada de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão. Assim, a estratégia de controle do turbocompressor tradicional gerará uma razão de fluxo particular, ou volume de fluxo para o tubo de distribuição de admissão, a despeito do conteúdo desse fluxo de fluido. Foi verificado que isso resulta em razões de fluxo dentro do tubo de distribuição de admissão que não correspondem com as condições vantajosas de operação do motor. Adicionalmente, certas condições atuais de operação do motor produzem um maior reforço ou maior razão de fluxo do que requerido para a operação do motor, dessa forma limitando a razão disponível de fluxo de descarga do motor para uso no sistema de EGR.

[0037] A presente modalidade controla o turbocompressor com base no conteúdo de oxigênio do tubo de distribuição de admissão requerido. De modo a controlar o turbocompressor, uma quantidade desejada de reforço e uma razão de fluxo desejada são recuperadas do banco de pontos estabelecidos com base nas condições de operação do motor. Usando a equação seguinte:

[0038] onde ® é a potência requerida da turbina do turbocompressor, CP é uma constante, m é a razão de fluxo de massa, T é a temperatura, PQ é o quociente de pressão ou reforço do turbocompressor e y é o peso específico do fluido. Assim, pelo uso do ponto estabelecido desejado de reforço e da razão de fluxo de massa desejada a partir do banco de pontos estabelecidos, a potência que precisa ser gerada pela turbina pode ser calculada. Com base na razão de fluxo de massa medida real no tubo de distribuição de admissão e na saída de potência da turbina requerida, o quociente de pressão que é realmente necessário pode ser calculado e as pás do turbocompressor de geometria variável ou a posição da comporta de passagem do turbocompressor pode ser definida a fim de controlar o quociente de pressão. Dessa maneira, o turbocompressor pode ser controlado para uma variedade de condições de operação do motor.

[0039] Finalmente, foi observado que o controle das emissões do motor durante as operações transitórias pode ser difícil, já que a obtenção das emissões de matéria em partículas permissíveis e emissões de NOx, enquanto simultaneamente gerando o torque requerido, requer o controle de muitos parâmetros. Motores atuais tentam manter uma das emissões da matéria em partículas, emissões do NOx e saída de torque, enquanto variando as outras duas durante as operações transitórias. Entretanto, uma mudança dos parâmetros de operação do motor para manter uma de uma das emissões da matéria em partículas, emissões do NOx e saída do torque, geralmente tem um efeito em pelo menos uma das outras duas. Foi verificado que as emissões de partículas podem ser controladas com base na razão de ar/combustível do motor, o NOx pode ser controlado pela quantidade de EGR fornecida para o motor e que a saída do torque pode ser controlada pela quantidade de combustível fornecido para o motor.

[0040] A Figura 4 mostra uma vista representativa de um volume dentro de um cilindro 500 tendo um êmbolo 502, uma quantidade mínima de ar necessário para combustão 504, uma quantidade do diluente na forma do gás de descarga que passou através do sistema de EGR 506 e ar excessivo 508. Durante certas operações transitórias do motor, uma quantidade insuficiente de ar necessário para queimar o combustível ou uma quantidade insuficiente do diluente pode estar presente para propiciar um nível permissível de NOx durante a combustão. Em tal situação, o motor não é capaz de produzir o torque desejado ou não é capaz de satisfazer alvos de emissões do NOx. Dito de outra maneira, existem algumas condições de operação onde a quantidade do ar necessário para a combustão do combustível na razão desejada de ar/combustível e a quantidade de diluente do gás de descarga requerido para diminuir as emissões do NOx excedem o volume do cilindro.

[0041] A fim de determinar uma quantidade de ar necessário para combustão, a saída de torque desejada tem pontos estabelecidos para abastecimento e razões de EGR. A fim de calcular o fluxo total do ar requerido para o motor:

[0042] onde A/F min é a razão permissível mínima de ar/combustível, o combustível é a quantidade de combustível requerido para gerar o torque desejado e EGR% é a porcentagem de EGR fornecida para o motor.

[0043] A EGR% pode ser calculada como uma função do conteúdo de oxigênio do tubo de distribuição de admissão e da razão de ar combustível do gás de descarga usando a equação seguinte:

[0044] onde f(a/f) é quantidade de oxigênio dentro do gás de descarga.

[0045] Assim, o fluxo de ar total pode ser expresso como:

[0046] Assim, com base nas medições da razão de ar/combustível dentro da descarga, da velocidade do motor, a quantidade do torque que o motor pode gerar pode ser calculada. Assim, uma tabela pode ser criada para níveis dados de emissão de NOx que contêm o torque máximo que pode ser gerado. Assim, se a quantidade desejada de torque excede o torque máximo disponível, o controle do motor pode usar uma tabela diferente, tal como uma segunda tabela que permite um nível mais alto de emissão de NOx, que utilizaria tipicamente menos EGR, dessa forma permitindo um fluxo de ar adicional, permitindo a combustão do combustível adicional. Embora o nível de emissão de NOx possa se elevar, ele ainda é limitado e, portanto, sempre controlado. Se o nível máximo permissível de NOx é alcançado e o motor ainda não é capaz de gerar o torque desejado, o motor gerará simplesmente o maior torque possível enquanto ainda satisfazendo o nível de NOx permitido.

[0047] As emissões de partículas do motor são controladas pela razão de ar/combustível. Portanto, a presente estratégia de controle coordena ambos os requisitos de combustível e os requisitos de EGR para garantir que o conteúdo apropriado de oxigênio do tubo de distribuição de admissão seja mantido.

[0048] Assim, tal estratégia de controle permite três tipos de operações para o motor. O primeiro tipo de operação envolve um torque desejado que é menor do que o torque máximo que o motor pode gerar enquanto operando em um baixo nível de emissões de NOx com base no conteúdo de oxigênio do tubo de distribuição de admissão. Em tal tipo de operação, a quantidade de combustível fornecido para o motor pode ser aumentada para produzir o torque desejado, sem ter que mudar o ponto estabelecido do conteúdo de oxigênio do tubo de distribuição de admissão.

[0049] O segundo tipo de operação envolve um torque desejado que é maior do que o torque máximo que o motor pode gerar enquanto operando em um baixo nível de emissões de NOx com base no conteúdo de oxigênio dentro do tubo de distribuição de admissão, mas é menor do que o torque máximo que o motor pode gerar com base na segunda tabela que permite maiores emissões de NOx. Em tal situação, o ponto estabelecido será alterado para um da segunda tabela que permite maiores emissões de NOx.

[0050] O tipo final de operação envolve um torque desejado que é maior do que o torque máximo que o motor pode gerar com base na segunda tabela que permite maiores emissões de NOx. Em tal situação, o ponto estabelecido é alterado para um da segunda tabela que permite maiores emissões de NOx, e o motor é abastecido com uma quantidade de combustível que gerará o torque máximo para esse ponto estabelecido particular. Entretanto, o motor não será capaz de gerar a quantidade desejada de torque. Assim, até que as condições de operação mudem, o motor não será capaz de produzir a quantidade desejada de torque nesse terceiro tipo de operação.

[0051] Tabelas podem ser criadas durante a calibragem do motor que contêm a velocidade do motor, fluxo total através do tubo de distribuição de admissão e torque total disponível para várias concentrações de oxigênio do tubo de distribuição de admissão. Assim, com base nessas tabelas, o controlador do motor pode determinar se a saída de torque requisitada do motor pode ser gerada com base nas condições atuais de operação do motor. Portanto, o controlador do motor pode verificar rapidamente se as mudanças na razão de EGR e no conteúdo de oxigênio do tubo de distribuição de admissão podem ser feitas para suportar a quantidade de combustível requerido para gerar a saída de torque requerida, ou se a saída de torque requerida não pode ser atingida pelo motor nessas condições de operação. Pelo aumento do conteúdo de oxigênio do tubo de distribuição de admissão, a razão de EGR é tipicamente reduzida, dessa forma permitindo que maiores quantidades de combustível sejam queimadas para gerar o torque maior, mas também tipicamente causando maiores emissões de NOx. Assim, o torque máximo que pode ser gerado pelo motor é limitado pelas emissões máximas de NOx que são permitidas.

[0052] Uma vantagem chave do uso de uma estratégia de controle do ponto estabelecido é que a recalibragem do motor não é requerida para mudanças nos instrumentos do motor. Isso simplifica grandemente o controle do motor e reduz o número de variáveis que são ajustadas. Fazendo ajustagens coordenadas com base nos ajustes dos pontos estabelecidos, o motor desempenhará mais consistentemente e, mais provavelmente, gerará níveis esperados de desempenho e emissões.

[0053] Será entendido que um sistema de controle pode ser implementado em hardware para efetuar o método. O sistema de controle pode ser implementado com qualquer uma ou uma combinação das tecnologias seguintes, que são, em cada caso, bem conhecidas na técnica: um circuito(s) lógico(s) discreto(s) tendo portões lógicos para implementar as funções lógicas nos sinais de dados, um circuito integrado específico da aplicação (ASIC) tendo portões lógicos de combinação apropriados, um arranjo(s) de portão programável (PGA), um arranjo de portão programável no campo (FPGA), etc.

[0054] Quando o sistema de controle é implementado em software,deve ser observado que o sistema de controle pode ser guardado em qualquer meio legível por computador para uso por ou em conjunto com qualquer sistema ou método relacionado com o computador. No contexto desse documento, um “meio legível por computador” pode ser qualquer meio que possa armazenar, comunicar, propagar ou transportar o programa para uso por ou em conjunto com o sistema, aparelho ou dispositivo de execução da instrução. O meio legível por computador pode ser, por exemplo, mas não é limitado a, um sistema, aparelho, dispositivo ou meio de propagação eletrônico, magnético, ótico, eletromagnético, de infravermelho ou semicondutor. Exemplos mais específicos (uma lista não exaustiva) de meio legível por computador incluiriam os seguintes: uma conexão elétrica (eletrônico) tendo um ou mais fios, um disquete de computador portátil (magnético), uma memória de acesso aleatório (RAM) (eletrônico), uma memória de leitura (ROM) (eletrônico), uma memória de leitura programável apagável (EPROM, EEPROM ou memória flash) (eletrônico), uma fibra ótica (ótico) e uma memória de leitura de disco compacto portátil (CD- ROM) (ótico). O sistema de controle pode ser representado em qualquer meio legível por computador para uso por ou em conjunto com um sistema, aparelho ou dispositivo de execução de instrução, tais como um sistema baseado em computador, sistema contendo processador ou outro sistema, aparelho ou dispositivo que possa recuperar as instruções do sistema de execução de instrução e executar as instruções.

Claims

1. Método de controle de um turbocompressor de geometria variável, caracterizado pelo fato de que o método compreende: determinar um modo no qual o motor está operando; determinar um estado no qual o motor está operando; obter uma pressão de reforço desejada predefinida de um turbocompressor a partir de uma memória com base no modo e no estado no qual o motor está operando, obter uma razão desejada do fluxo de massa predefinida em um tubo de distribuição de admissão de um motor a partir da memóriaom base no modo e no estado no qual o motor está operando, calcular uma quantidade teórica de potência requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão de fluxo de massa desejada usando a fórmula,

onde ® é a potência requerida da turbina do turbocompressor, CP é uma constante, m é a razão de fluxo de massa, T é a temperatura, PQ é o quociente de pressão ou reforço do turbocompressor e y é o peso específico do fluido determinar uma razão do fluxo de massa real no tubo de distribuição de admissão, calcular um reforço para o turbocompressor com base na razão do fluxo de massa real e a potência requerida da turbina do turbocompressor, ajustar pelo menos uma pá ajustável de uma turbina do turbocompressor para atingir o reforço calculado do turbocompressor.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão de reforço desejada predefinida é armazenada em um banco de pontos estabelecidos da memória.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão desejada do fluxo de massa predefinida é armazenada em um banco de pontos estabelecidos da memória.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão de reforço predefinida e a razão do fluxo de massa predefinida são baseadas no fornecimento de um conteúdo desejado de oxigênio do tubo de distribuição de admissão.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o conteúdo desejado de oxigênio do tubo de distribuição de admissão é obtido de um banco de pontos estabelecidos da memória.

6. Método de controle de uma comporta de passagem de um turbocompressor, caracterizado pelo fato de que o método compreende: determinar um modo no qual o motor está operando; determinar um estado no qual o motor está operando; obter uma pressão de reforço desejada predefinida de um turbocompressor a partir de uma memória com base no modo e no estado no qual o motor está operando, obter uma razão do fluxo de massa desejada predefinida em um tubo de distribuição de admissão de um motor a partir da memória com base no modo e no estado no qual o motor está operando, calcular uma potência requerida pelo turbocompressor para gerar a pressão de reforço desejada e a razão do fluxo de massa desejada usando a formula,

onde ® é a potência requerida da turbina do turbocompressor, CP é uma constante, m é a razão de fluxo de massa, T é a temperatura, PQ é o quociente de pressão ou reforço do turbocompressor e y é o peso específico do fluido, determinar uma razão do fluxo de massa real no tubo de distribuição de admissão, calcular um reforço do turbocompressor com base na razão do fluxo de massa real e a potência requerida da turbina do turbocompressor, ajustar uma posição da comporta de passagem do turbocompressor para atingir o reforço calculado do turbocompressor.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a pressão de reforço desejada predefinida é armazenada em um banco de pontos estabelecidos da memória.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a razão desejada do fluxo de massa predefinida é armazenada em um banco de pontos estabelecidos da memória.

9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a pressão de reforço predefinida e a razão do fluxo de massa predefinida são baseadas no fornecimento do conteúdo desejado de oxigênio do tubo de distribuição de admissão.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o conteúdo desejado de oxigênio do tubo de distribuição de admissão é obtido de um banco de pontos estabelecidos da memória.