BR102013033989A2

BR102013033989A2 - Uso de resistência equivalente para estimar a temperatura de um aquecedor do injetor de combustível

Info

Publication number: BR102013033989A2
Application number: BRBR102013033989-0A
Authority: BR
Inventors: Perry Robert Czimmek; Michael J Hornby; Douglas Edward Cosby
Original assignee: Continental Automotive Systems
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-08-11
Also published as: CN103912429B; US20140182366A1; BR102013033989B1; US9334843B2; GB201303320D0; GB2512039A; DE102013226672A1; BR102013033989A8; CN103912429A

Abstract

Uso de resistência equivalente para estimar a temperatura de um aquecedor do injetor de combustível. A presente invenção refere-se a uma temperatura de um componente aquecido é determiflada para controle e monitoração. O acionador do aquecedor, ao receber um sinal de ligamento, gera uma corrente dentro de um componente de um injetor de combustível aquecido, em que a corrente através do componente gera uma perda apropriada para gerar calor para um sistema de injeção de combustível de borrifo variável, o acionador do aquecedor regula a energia para o componente aquecido com base na resistência elétrica desse componente como uma função da temperatura e um valor de referência predeterminado para essa temperatura.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "USO DE RESISTÊNCIA EQUIVALENTE PARA ESTIMAR A TEMPERATURA DE UM AQUECEDOR DO INJETOR DE COMBUSTÍVEL".

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS

Esse ipedido está relacionado com os 5 pedidos de patente provisórios U.S. seguintes: Tunedi Power Amplifier With Loaded Choke For Inductively Hea-ted Fuel InjectorJ inventado por Perry Czimmek, depositado no mesmo dia que esse pedido de patente provisório e identificado pelo Número de Certificado do Representante 2012P01914US.

Tuned Power Amplifier with Multiple Loaded Chokes for Inducti-vely Heated FuJl Injectors, inventado por Perry Czimmek, depositado no mesmo dia que ^sse pedido de patente provisório e identificado pelo Número de Certificado do Representante 2012P01915US.

Using Resistance Equivalent to Estimate Heater Temperature of an Exhaust Gas Àfter-Treatment Component, inventado por Perry Czimmek, Mike Hornby, anld Doug Cosby, depositado no mesmo dia que esse pedido de patente provijsório e identificado pelo Número de Certificado do Representante 2012POj2060US.

Resistance Determination For Temperature Control Of Heated Automotive Corhponents, inventado por Perry Czimmek, depositado no mesmo dia que esse pedido de patente provisório e identificado pelo Número de CertificadoJdo Representante 2012P02175US.

Resiptance Determination with Increased Sensitivity for Temperature Control of Heated Automotive Component, inventado por Perry Czimmek, depositado no mesmo dia que esse pedido de patente provisório e i-dentificado pelo Número de Certificado do Representante 2012P02176US. ANTECEDENTÉS

Modalidades da invenção referem-se, de forma geral, à eletrôni- l ca de força para aquecedores de injetor e, mais particularmente, à eletrônica de força para controle e monitoração de acionadores de aquecedor para injetares de combustível de borrifo variável.

Existe uma necessidade contínua pela melhora da qualidade das emissões dos motores de combustão interna. Ao mesmo tempo, existe uma pressão para minimizar os tempos de marcha do motor e o tempo da ligação até a partida, enquanto mantendo máxima economia de combustível. Essas pressões se apliJam a motores abastecidos com combustíveis alternativos, tal como etanol, b^ém como a esses abastecidos com gasolina.

Durarite a partida do motor em temperatura fria, o motor de combustão interna de ignição a centelhas convencional é caracterizado por altas emissões de hidrocarboneto e fraca ignição e combustíbilidade. A menos que o motor já esteja em uma alta temperatura depois da parada e arranque a quente,! o tempo de marcha pode ser excessivo ou o motor pode não dar a partidajabsolutamente. Em velocidades e cargas mais elevadas, a temperatura de operação aumenta e a atomização do combustível e a mistura melhoram.

Duraijite uma partida real a frio do motor, o enriquecimento necessário para realizar a partida deixa um abastecimento fora do estequiomé-trico que materializa como emissões elevadas de hidrocarboneto do tubo de descarga. As piojres emissões são durante os primeiros poucos minutos de operação do motor, depois do que o catalisador e o motor se aproximam da temperatura de operação. Com relação aos veículos abastecidos com etanol, já que a porbentagem de etanol do combustível aumenta para 100%, a capacidade da partida a frio se torna cada vez menor, levando alguns fabricantes a incluir um sistema de combustível duplo, no qual a partida do motor é abastecida corjn gasolina convencional e o funcionamento do motor é a-bastecido com a; qualidade do etanol. Tais sistemas são caros e redundantes.

Outra solução para as emissões da partida a frio e da dificuldade de partida em baixa temperatura é pré-aquecer o combustível para uma temperatura onde o combustível vaporize rapidamente ou vaporize imediatamente (“ebuliçoes instantâneas”) quando liberado para o tubo de distribuição ou pressão.atmosférica. O pré-aquecimento do combustível copia um motor quente quando o estado do combustível é considerado. Vários! métodos de pré-aquecimento foram propostos, a maioria dos quais envolve o pré-aquecimento em um injetor de combustível. Injeto- i res de combustível são amplamente utilizados para medir o combustível no tubo de distribuição de admissão ou cilindros dos motores automotrizes. Inje-tores de combustível tipicamente compreendem um alojamento contendo um volume de combustível pressurizado, uma porção de entrada de combustível, uma porção de bico contendo uma válvula de injeção e um atuador ele-tromecânico, tal como um solenoide eletromagnético, um atuador piezelétri-co ou outro mecanismo para acionar a válvula de injeção. Quando a válvula de injeção é acionada, o combustível pressurizado borrifa para fora através de um orifício na sede de válvula e para dentro do motor.

Uma técnica que tem sido utilizada no pré-aquecimento do combustível é aquecer de modo resistivo os elementos metálicos do injetor de combustível com uma corrente elétrica de estado estável ou de variação no tempo. A energia elétrica é convertida para calor dentro de um componente adequado em geometria e um material para ser aquecido pelas perdas de Joule ou Ohm que são causadas pelo fluxo da corrente através desse componente. O injetor de combustível aquecido é útil não somente na resolução dos problemas acima descritos associado com os sistemas de gasolina, mas é também útil no pré-aquecimento de combustíveis da qualidade do etanol para realizar a partida bem-sucedida sem um sistema redundante de combustível de gasolina.

Pelo fato de que a técnica de aquecimento utiliza uma corrente elétrica, o sistema inclui eletrônica para prover uma excitação apropriada para o componente no injetor de combustível. Essa excitação pode incluir i controlar a energiã elétrica e determinar quando essa energia elétrica é aplicada. O aquecimento resistivo convencional é realizado em circuito aberto ou sem o Controle da energia elétrica com base na temperatura. Um termostato remotô ou modelo computacional pode ser incorporado para prover algum controle para impedir um evento de temperatura descontrolada e danos ao injetor de combustível. Métodos mais sofisticados podem monitorar a corrente através do aquecedor para estimar a temperatura ou direcionar o par térmico, sensor de coeficiente de temperatura positiva/negativa ou outro meio para determinar a temperatura para uma regulação mais precisa da i temperatura do aquecedor do injetor. O componente metálico que é aquecido terá um coeficiente de temperatura positiva de resistência à corrente elétrica (isto é, sua resistência elétrica aumentará à medida que a sua temperatura aumenta). Idealmente, conhecer a resistência inicial e a resistência final permitiría que a temperatura do componente1 fosse conhecida com algum grau de precisão. Os melhores metais para aquecedores resistivos geralmente têm coeficientes de temperatura positiva muito pequenos e, portanto, a medição da mudança na resistência somente monitorando a corrente será dessensibilizada pela resistência do chicote je envelhecimento dos numerosos componentes de interligação. Portanto, torna-se difícil distinguir uma mudança na resistência do componente do aquecedor a partir de uma mudança na resistência dos outros componentesIconectados em série.

Seria vantajoso conhecer mais precisamente a mudança da resistência do componente do aquecedor, tal que o controle da temperatura possa ser realizadjo.

BREVE SUMÁRIO

I

Uma temperatura de um componente aquecido é determinada para controle e monitoração. O acionador do aquecedor, ao receber um sinal de ligamento, ger;a uma corrente dentro de um componente do injetor de combustível aquecido, em que a corrente através do componente gera uma perda apropriada fDara gerar calor para um sistema de injeção de combustível de borrifo variável. O acionador do aquecedor regula a energia para o componente aquecido com base na resistência elétrica desse componente como uma função! da temperatura e um valor de referência predeterminado para essa temperatura.

BREVE DESCRIcJãO DOS DESENHOS ■ 1 A FiguraFIG. 1 representa um sistema de acordo com modalida- des da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Modalidades da invenção são direcionadas para determinar uma temperatura de urh componente do aquecedor em um injetor de combustível aquecido. A corrente pode ser medida medindo precisamente uma queda de j tensão através de um resistor de precisão de pequeno valor dentro de um conjunto eletrônico ou “resistor de leitura de corrente”. Essa queda de tensão é proporcional diretamente à corrente fluindo através do resistor. O conhecimento dessa corrente pode então ser expandido por uma medição precisa da tensão através do componente do aquecedor. Com a corrente através do aquecedor conhecida e a tensão através do aquecedor conhecida, a partir da lei de Ohm, a resistência pode ser calculada de acordo com a fórmula bem conhecida R = V/l, onde R é a resistência, V é a tensão e I é a corrente. Modalidades da iinvenção utilizam esse conhecimento da resistência para estimar uma temperatura do componente aquecido e para regular a temperatura do componente aquecido com base nessa estimativa.

Com referência à Figura 1, um aquecedor do injetor 110 referencia o componentP aquecido do qual uma resistência, como uma função da temperatura, devè ser determinada. Uma tensão diferencial do resistor de leitura de I, também citada como sinal de corrente do aquecedor 120, representa a corrente klétrica através do resistor de leitura de I 122 e, portanto, através do aquecedor do injetor 110. Uríi circuito de medição de corrente 127 compreende o resistor de leitura de I 122 e um amplificador operacional de tensão diferencial 126. Um resistor de leitura de corrente pode ser utilizado tanto no lado alto quanto no lado baixo da chave de força ou da carga. A medição da corrente pode ser feita com um sensor hall ou com outros tipos de sensores magnéticos, tal como bobinas de leitura.

Uma tensão diferencial através do aquecedor do injetor, também citada como sinalide tensão do aquecedor 108, representa a tensão de excitação relacionada diretamente com a corrente fluindo através do aquecedor do injetor. As duas tensões diferenciais são resolvidas para a relação da lei de Ohm, R = V/l, utilizando um equivalente de divisão analógico ou digital 113, para produzir um resultado como um sinal de resistência do aquecedor de tensão equivalente 112. O equivalente da divisão analógica ou digital 113 pode ser implemejntado de acordo com técnicas convencionais, que são conhecidas na técnica, combinando operações e componentes incluindo, mas não limitado a: registradores de soma e mudança em soluções digitais; e amplificação logarítmica soma ou diferença e antilogarítmicas nas soluções analógicas. A mucJança no amplificador diferencial da resistência 118 então encontra uma diferença entre o sinal de resistência do aquecedor de tensão equivalente 112 e um valor de referência da resistência, R.ref 124. Isso gera um sinal delta, ou mudança na resistência, ou erro que pode ser trazido como um sinal de élevação de temperatura equivalente 123 para um módulo de controle de temperatura 130. Esse sinal de elevação de temperatura e-quivalente 123 póde ser integrado através do tempo, o que pode ser executado computacionalmente ou através de uma conversão analógica para executar a função d^ integração e pode ser comparado com uma referência de temperatura, T.ref 128. O módulo de controle de temperatura 130 pode utilizar essa comparação para determinar se a força deve ser removida do a-quecedor do injetor desligando a chave de força 116, representada por um MOSFET na Figura 1 para esse exemplo. O módulo de controle de temperatura 130 pode sejr: um microcontrolador, um “termostato” digital, um controlador PID (Derivado Integral Proporcional) ou qualquer interface que utiliza a mudança na temperatura (que é representada pelo sinal de elevação de temperatura equijvalente) integrada e comparada com uma mudança alvo na temperatura, temperatura absoluta ou alguma outra referência de temperatura. Se o sinal de elevação de temperatura equivalente 123 é muito alto, a mudança na temperatura é muito grande, então a chave de força 116 precisa ser desligadaj, dessa forma desligando o aquecedor do injetor 110. Um modelo de esfriamento pode então ser utilizado para determinar quando ligar o aquecedor novamente. Ou se uma estratégia de controle de ponto estabelecido contínua ej utilizada, então a chave de força pode ser ligada e desligada rapidamente (ou operada em uma região linear como um amplificador de áudio analógico)ipara regular a temperatura para uma temperatura alvo ajus- tando repetidamente a força do aquecedor. A tensão diferencial através do aquecedor do injetor 110 pode ser obtida por um circuito de medição de tensão diferencial 109, que pode compreender um amplificador operacional de tensão diferencial 114 e um par de conexões Kelvin 104-1 e 104-2 para o aquecedor tão próximo das conexões elétricajs do aquecedor reais quanto possível. O par de conexões Kelvin se refere à junção onde as conexões de força e de leitura são feitas. O componente dè força é um condutor de transporte de alta corrente e o componente de leitura é um fio paralelo para obter um potencial de tensão nessa conexão. Existem duas conexões Kelvin, tal que um par de condutores transporta a corrente do aquecedor do injetor e o outro par de condutores é utilizado pata obter o potencial de tensão. Os dois pares de fios podem ! ser de tamanho diferente, com o par de transporte de corrente de um tamanho apropriado para minimizar a perda e o par do potencial de tensão de qualquer tamanho razoavelmente pequeno para a medição. Dessa maneira, esses dois pares de fios podem ser utilizados, de acordo com as modalidades da invenção, para executar uma medição de quatro fios.

Para medir a tensão diferencial, a carga ou o aquecedor pode ser uma perna de uma ponte Wheatstone que é equilibrada. E então qualquer mudança naj carga resultaria em um desequilíbrio da ponte Wheatstone e, portanto, uma tensão diferente através da carga. Ou um divisor de resis- I tência pode ficar localizado localmente no aquecedor ou na carga. E então a tensão do divisori de resistência pode ser trazida de volta para a eletrônica para interpretação.

Em résumo, de acordo com modalidades da invenção, a resistência do aquecedor pode ser determinada dividindo a tensão diferencial através do aquecedor, medida perto do aquecedor, pela corrente através do aquecedor. E o valor da resistência equivalente pode ser utilizado para controlar a temperatòra do aquecedor com base em uma mudança da resistência devido à temperatura. A descrição detalhada precedente deve ser entendida como sendo em todos !os aspectos ilustrativa e exemplar, mas não restritiva, e o escopo da invenção revelada aqui não deve ser determinado a partir da descrição da invenção, mas preferivelmente a partir das reivindicações como interpretadas de acordo com a extensão ampla permitida pelas leis de patentes. Por exemplo, embora a Figura 1 represente uma chave de semicondutor do lado baixo e uím resistor de leitura de corrente do lado baixo, outras modalidades podem iutilizar uma chave de semicondutor do lado alto ou resistor de leitura de corrente do lado alto ou qualquer combinação desses, como entendido por aqueles versados na técnica. Deve ser entendido que as mo- t dalidades mostradas e descritas aqui são somente ilustrativas das modalidades da invenção e que várias modificações podem ser implementadas por aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e do espírito da invenção.

Claims

1. Método compreendendo: medjir diferenciaímente uma queda de tensão através do aquecedor do injetor de combustível, medir uma quantidade de corrente elétrica passando através do aquecedor do injetor de combustível, gerár uma resistência do aquecedor de tensão equivalente determinando uma divisão equivalente da divisão da queda de tensão diferen-cialmente medida através do aquecedor do injetor de combustível pela quantidade medida d!e corrente elétrica passando através do aquecedor do injetor de combustível.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que medir dife-rencialmente a queda de tensão através do aquecedor do injetor de combustível, ainda cortipreende utilizar um par de conexões Kelvin para medir a queda de tensão através do aquecedor do injetor de combustível.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que medir a quantidade de corrente elétrica passando através do aquecedor do injetor de combustível, ainda compreende utilizar um resistor de leitura de corrente para medir a quantidade de corrente elétrica passando através do aquecedor do injetor de combustível.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a resistência do aquecedor de tensão equivalente é utilizada como um análogo de temperatura para controle da temperatura do aquecedor do injetor de combustível.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo: comparjar o sinal da resistência do aquecedor de tensão equivalente com um valor de referência de resistência para gerar um sinal de elevação de temperaturJ equivalente.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, ainda compreendendo: comparar o sinal de elevação de temperatura equivalente com um valor de referência de temperatura para gerar um sinal de controle de temperatura que é ccJnfigurado para desligar o aquecedor do injetor de combustível quando a comparação do sinal de elevação de temperatura equivalente com o valor de referencia da temperatura indica que o aquecedor do injetor de combustível está'mais quente do que uma temperatura limite.

7. Aparelho, compreendendo: um circuito de medição de tensão diferencial configurado para medir diferencialmente uma queda de tensão através do aquecedor do ínje-tor de combustívLl, um circuito de medição de corrente configurado para medir a corrente passando através do aquecedor do injetor de combustível, um jircuito equivalente de divisão configurado para gerar um sinal de resistência do aquecedor de tensão equivalente executando uma divisão equivalente da divisão da qpeda'de tensão medida através do aquecedor do injetor de combustível pela corrente medida passando através do a-quecedor do injltor de combustível:

8. -Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, em que o circuito de medição da tensão diferencial compreende um par de conexões Kelvin. I λ

9. Aparelho, de acordo còm a reivindicação 7, em que o circuito de medição de corrente compreende "um resistor de leitura de corrente.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7,'ainda compreen- - · .'4. ■ d \ ' . dendo um ampjlificador diferencial configurado para gerar um sinal de elevação de temperatura equivalente comparando o sinal de resistência de tensão equivalente com um valor de resistência de referência.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, ainda compreendendo um módulo de controle de temperatura configurado para comparar o sinal de elevjação de temperatura equivalente com um valor de referência de temperatura para gerar um sinal de controle de temperatura que é configurado para desligar o aquecedor do injetor de combustível quando a comparação do sinal de elevação de temperatura equivalente com o valor de referência de temperatura indica que o aquecedor do injetor de combustível está mais quente do que uma temperatura limite.