BR102015015643A2 - System for detecting an air filter condition, especially for combustion engines - Google Patents

Abstract

sistema para detectar uma condição de filtro de ar, em especial para motores de combustão. método para detectar uma condição de filtro de ar, em particular para motores de combustão, compreendendo as seguintes etapas - (ik) cálculo de uma regressão linear sobre valores de acoplamentos de dados, cada compreendendo valor de queda de pressão (ia) no filtro de ar e quadrado de valor de fluxo de ar (ib) cruzando o filtro de ar, correspondendo com o dito valor de queda de pressão, de maneira a obter um coeficiente angular (k) da regressão linear, (iki) comparação do coeficiente angular ou da função construída no coeficiente angular com pelo menos um limite (thl, th1, thh) de maneira a detectar (ikii) uma condição operacional do filtro de ar.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: '"SISTEMA. PARA DETECTAR UMA CONDIÇÃO DE FILTRO DE AR, EM ESPECIAL PARA MOTORES DE COMBUSTÃO".

Campo da Invenção [0001] A presente invenção se refere ao campo do sistema de monitoramento do componente veicular, e em particular a um sistema para detectar uma condição de filtro de ar.

Descrição do Estado da Técnica [0002] Funções de software para a detecção de filtros de ar obstruídos são conhecidas.

[0003] Comumente, a detecção é realizada por comparação da queda de pressão sobre o filtro com um certo valor limite maximamente permitido. Se o limite está sendo permanentemente excedido pela queda de pressão medida, um erro é detectado e contramedidas apropriadas serão tomadas pela unidade de controle, por exemplo, uma lâmpada de aviso, redução de potência do motor, etc.

[0004] Algumas vezes, tal estratégia de detecção não é acessível.

[0005] Situações são conhecidas, dependendo do desenho do motor e fluxo de ar, onde a variação de queda de pressão não altera de forma sensível de uma condição ideal para uma condição bastante obstruída. Por exemplo, a queda de pressão no filtro de ar pode ser de cerca de 10 a 15 mbar para um cartucho de filtro novo que alcança cerca de 50 mbar para uma condição severamente obstruída.

[0006] Além disso, devido à grande variabilidade da pressão ambiente, a partir de pressão baixa de cerca de algumas centenas em grande altitude, até pressão alta de cerca de 1100 mbar no nivel do mar, estes sensores devem ter alta precisão para uma grande variação de pressão.

[0007] Sensores de pressão automotivos possuem acurácia típica de 2% da escala completa, isto é, aqui cerca de 20 mbar x 2 sensores, isto é, 40 mbar no pior caso. Assim a extensão de erro é comparável com a alteração de queda de pressão. Assim, é impossível detectar um filtro obstruído de maneira confiável com tal abordagem conhecida.

Sumário da Invenção [0008] Portanto, o objetivo principal da presente invenção é fornecer um sistema para detectar uma condição de filtro de ar, em particular para motores de combustão, acessível mesmo naquelas situações onde a variação de queda de pressão entre duas condições extremas, a saber novo e obstruído, é realmente limitado.

[0009] O princípio principal da invenção é formar a base da estimação de condição do filtro de ar em um cálculo de regressão linear de valores de queda de pressão no filtro versus ao fluxo volumétrico quadrado de ar correspondente cruzando o filtro de ar. Assim, o coeficiente angular da regressão linear ou uma função construída no mesmo é comparada com um ou mais limites de maneira a reconhecer a dita condição operacional do filtro de ar.

[0010] É claro que tanto o coeficiente angular quanto uma função do mesmo representam um valor numérico.

[0011] De acordo com uma concretização preferida da invenção, o coeficiente angular é usado para calcular a queda de pressão de filtro em um fluxo volumétrico teórico mais alto predefinido através do filtro de ar, e compara esta queda de pressão correspondente com uma queda de pressão limite para determinar a condição operacional de filtro. Portanto, a referida queda de pressão, calculada sobre o referido coeficiente angular e o referido fluxo volumétrico teórico mais alto predefinido, é um valor numérico obtido como uma função do referido valor de coeficiente angular, calculado preliminarmente.

[0012] O primeiro objetivo da presente invenção é um método para detectar uma condição de filtro de ar, em particular para motores de combustão.

[0013] Tal método é capaz de originar uma imagem confiável da condição de obstrução do filtro de fluxo de ar do motor.

[0014] De acordo com uma concretização da invenção, o método também é adequado para reconhecer a remoção inapropriada ou a adulteração do filtro de ar, ou, como alternativa, um vazamento através do coletor de admissão do motor.

[0015] Outro objetivo da presente invenção é um sistema que implementa o método mencionado acima.

[0016] Outro objetivo da presente invenção é um motor de combustão compreendendo tal sistema.

[0017] Um objetivo adicional da presente invenção é a veiculo terrestre compreendendo tal motor.

[0018] Estes objetivos e objetivos adicionais são alcançados por meio das reivindicações anexas, que descrevem a concretização preferida da invenção, formando uma parte integral da presente descrição.

Breve Descrição dos Desenhos [0019] A invenção se tornará completamente clara a partir da seguinte descrição detalhada, fornecida por meio de uma mera exemplificação e exemplo não limitativo, a ser lido com referência às figuras de desenhos anexos, em que: - A figura 1 mostra um diagrama de blocos que descreve uma concretização preferida do método da presente invenção, - A figura 2 mostra duas regressões lineares calculadas de acordo com o método na figura 1, para dois motores de leito de teste diferentes.

[0020] Os mesmos números e letras de referência nas figuras designam as mesmas partes ou partes funcionalmente equivalentes.

[0021] De acordo com a presente invenção, o termo "segundo elemento" não implica a presença de um "primeiro elemento", primeiro, segundo, etc. são usados apenas para melhorar a clareza da descrição e não devem ser interpretados de um modo limitativo.

Descrição Detalhada das Concretizações Preferidas [0022] De acordo com a presente invenção, a variação da queda de pressão Δρ sobre o filtro de ar versus a variação de velocidade média de gás através do mesmo filtro é considerada. Para uma dada geometria de filtro, a velocidade do gás também pode ser expressa através do fluxo volumétrico de ar V. Enquanto V indica o volume, o ponto acima do mesmo símbolo indica a derivada no tempo do volume de ar, ou simplesmente o fluxo de ar V.

[0023] De acordo com a presente invenção, foi descoberto que a dependência da queda de pressão Δρ sobre o filtro de ar no fluxo volumétrico quadrado V2 é linear, e os dois valores estão inter-relacionados através de um fator k: Eq.l [0024] O fator k corresponde ao coeficiente angular de uma regressão linear calculada nos ditos valores inter- relacionados Ap V2 . Inclui toda a informação com relação ao / grau de perda de fricção através da restrição de fluxo; aqui, tanto reflete o grau de obstrução de filtro através da poluição, ou indica se um filtro não está trabalhando de forma apropriada menos do que é esperado para um cartucho de filtro limpo.

[0025] Se k ou f(k) excede um limite superior predefinido ThU, a saber quando k ou f(k) > ThU: SIM, então o filtro de ar é reconhecido como obstruído, e preferivelmente um DFC (código de falha de diagnostico interno de ECU) é definido após alguma estabilização de erro.

[0026] Se, pelo contrário, k ou f(k) é menor do que um limite inferior predefinido ThL, um DFC para um cartucho de filtro adulterado ou removido ou montado de maneira errada ou possivelmente errado é definido, ou para um sistema de fornecimento de ar vazando. Ainda neste caso, o DFC preferivelmente é definido após alguma estabilização de erro.

[0027] Ao edfinir ThL < Thl <...< Thn < ThU, n ^ 2, um número arbitrário de diferentes limites intercalados pode ser definido, que permite a determinação do estado do limpador de ar com maior resolução. Como um exemplo, com três diferentes limites ThL, Thl e ThU, graças ao presente método é possível distinguir as seguintes condições: - ThL < k < Thl: o filtro é reconhecido como novo e/ou em boas condições; - Thl < k < ThU: o filtro é reconhecido como sujo, mas ainda não obstruído de maneira perigosa: preferivelmente um erro é exibido do painel de instrumentos do veículo tendo o significado "o filtro de ar deve ser substituído na próxima ocasião"; - ThU < k: o filtro é reconhecido como obstruído de maneira perigosa e deve ser substituído imediatamente (limite de alta pressão) : preferivelmente ECU coloca o motor em um modo de recuperação, com uma velocidade/torque/potência limitada; - k < ThL: fator k ou uma função construída no fator k é muito baixo mesmo para um novo filtro, designadamente quando k ou f(k) < ThL: SIM, quer dizer que algo está errado, nenhum cartucho, cartucho errado, vazamento, etc. O motor possivelmente está sugando ar não filtrado; preferivelmente ECU coloca o motor em um modo de recuperação, com uma velocidade/torque/potência limitada.

[0028] Em adição, a alteração de k ou f(k) dentro de um pequeno intervalo de tempo pode ser explorado para derivar informação adicional. Se, em referência ao exemplo acima, o fator k subitamente passa de uma das seguintes condições Thl < k < ThU ou ThU < k para a condição k < ThL, tal evento é interpretado como uma abordagem de adulteração: o filtro provavelmente foi removido para se livrar dos erros anteriores. Assim, preferivelmente ECU coloca o motor em um modo de recuperação, com uma velocidade/torque/potência limitada.

[0029] Como a abordagem alternativa, k também pode servir como uma medida direta para o estado ou grau de obstrução do filtro. O valor de k real representa um valor de porcentagem entre um mínimo predefinido kMin e um máximo predefinido kMax: Eq.2 [0030] Esta abordagem leva a uma comparação de uma função de k com os limites kMin e kMax.

[0031] O grau de obstrução de filtro continuamente determinado pode ser usado para aplicar contramedidas de proteção, como uma redução de potência máxima análoga, ou uma lógica limite semelhante àquela descrita acima.

[0032] Agora, é mostrada a aplicação da presente invenção para outra função de k.

[0033] Como exemplo pode ser calculada a queda de pressão máxima Apmax sobre o limpador de ar, que pode estar presente no fluxo de ar maximamente esperado predefinido através do filtro Vmax : Eq. 3 [0034] Tanto uma abordagem limite quanto uma abordagem continua como nos exemplos mencionados acima funcionam também para Apmax = f(k).

[0035] Assim a concretização é a mais robusta com relação as outras abordagens de acordo com a presente invenção.

[0036] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, a queda de pressão sobre o limpador de ar é medida continuamente na taxa de amostragem oferecida pelo controlador eletrônico, por exemplo, a cada 10 ms.

[0037] A queda de pressão sobre o limpador de ar, por exemplo, é medida por um sensor de pressão diferencial sobre o limpador de ar, ou por um arranjo de sensores de pressão absoluta a montante e a jusante do limpador de ar. No segundo caso, a diferença de pressão (queda) é calculada subtraindo a pressão absoluta medida após o limpador de ar (antes de um turbo carregador opcional) a partir de um valor de pressão ambiente, adquirido por outro sensor a bordo do veículo, por exemplo, incorporado na ECU.

[0038] O fluxo volumétrico de ar V através do limpador de ar é medido tanto diretamente por meio de um dispositivo de medição apropriado no caminho de fluxo de ar, quanto calculado pelo controlador eletrônico, com base em outras medições físicas como, por exemplo, pressões, temperaturas, valores de lambda, e dados predefinidos, como, por exemplo, geometria de motor.

[0039] Os dados brutos podem ser armazenados permanentemente dentro de ECU para avaliação posterior, por exemplo, se eles estão em uma faixa de fluxo volumétrico útil. De acordo com uma concretização preferida da invenção a faixa aplicável [ , Vm„ ] de fluxos de ar ou alternativamente [ V^ln , ] de fluxos de ar quadrados é subdividida em um número predefinido de intervalos adjacentes, por exemplo, 8 do mesmo tamanho, marcados através dos índices 0 a 7. Então, os acoplamentos de valores são adquiridos (Δρ, V2) e agrupados com base no respectivo intervalo, 0-7, que pertence ao valor de fluxo de ar e associado com o respectivo intervalo. Para a conveniência, tais acoplamentos são chamados de "acoplamentos de dados" na sequência.

[0040] Quando um valor de fluxo de ar está fora de tal faixa aplicável de fluxos de ar, a saber quando é menor ou maior do que os valores min/máx aplicados, respectivamente, é preferivelmente desconsiderado ou gravado para diferentes usos, a saber para reconhecer condições anormais.

[0041] No contexto da presente invenção "faixa aplicável" quer dizer uma faixa de fluxo de ar definida pelo tipo de motor de combustão considerado dentro da sua faixa de funcionamento em condições normais.

[0042] O agrupamento mencionado acima dos acoplamentos de dados pode ser gravado de maneira vantajosa dentro de duas matrizes de dados tendo tamanho de (pelo menos) n x 8. Quando um número mínimo aplicável de acoplamentos de dados foi atualizado, um cálculo de regressão linear é realizado de maneira a calcular o fator k: Eq.4 onde n é o número de acoplamentos de dados atualizados, V2 e Δρ são respectivamente os valores médios de n valores de fluxo de ar quadrado e n valores de queda de pressão considerados.

[0043] De maneira a economizar a memória de armazenamento, apenas dois arranjos de 1 x 8 podem ser implementados, armazenando, etapa por etapa, apenas os referidos V2 e Ap .

[0044] Vantajosamente, a subdivisão da faixa aplicável de fluxos de ar, preferivelmente em 8, "intervalos discretos" confere alta robustez de cálculo ao método.

[0045] No entanto, um número diferente de intervalos pode ser levado em conta ou uma estratégia matemática diferente, conhecida por si só, que não requer tal subdivisão de faixa pode ser implementada.

[0046] Os arranjos de memória podem ser redefinidos periodicamente, por exemplo, em qualquer desligamento do motor, e também após cada cálculo de k de acordo com a Equação 4, ou função de k como na Equação 3. Após isto, os dados são considerados como "usados" e reiniciados, isto é, sobrescritos pelo próximo conjunto de dados.

[0047] Especialmente, neste último caso especifico, vários testes foram realizados e foi descoberto que a Equação 4 pode levar a resultados não confiáveis com grandes erros quando as medições de fluxo de ar são muito próximas, isto pode acontecer na aplicação específica onde o motor é chamado para executar quase estacionário.

[0048] Assim, a subdivisão de faixa mencionada acima permite inibir o cálculo da Equação 4, quando os valores adquiridos de escoamentos de ar não são espalhados de maneira suficiente. Preferivelmente, o método compreende uma etapa para verificar que pelo menos 4 a 5 dos 8 grupos associados com os correspondentes intervalos contêm pelo menos um acoplamento de dados.

[0049] A figura 2 mostra graficamente exemplos de cálculo do fator k através da regressão linear mencionada acima nos acoplamentos de dados, para dois motores diferentes.

[0050] A figura 1 em vez disso mostra uma concretização preferida do método da presente invenção, através de um diagrama de blocos, compreendendo as seguintes etapas em sucessão: - (v) aquisição preliminar de valores de acoplamentos de dados, cada compreendendo valor de queda de pressão (ia) no filtro de ar e o quadrado do valor de fluxo de ar (ib) cruzando o filtro de ar, correspondendo com o dito valor de queda de pressão, (iii) subdivisão de uma faixa aplicável [] de fluxos de ar ou alternativamente [ V^in, ] de fluxos de ar quadrados em um número predefinido de intervalos adjacentes (0 - 7), então, - (iv) agrupamento dos ditos valores de acoplamentos de dados Áp, V2 com base no respectivo intervalo que pertence ao valor de fluxo de ar V e associado com o respectivo intervalo, - (vi) inibição de qualquer cálculo adicional, até pelo menos um número predefinido de intervalos estar associado com pelo menos um acoplamento de dados, - (ik) Cálculo de um coeficiente angular k de uma regressão linear construída nos ditos acoplamentos de dados, - (iki) comparação de tal coeficiente angular ou uma função interpretada em tal coeficiente angular com pelo menos um limite, preferivelmente três limites ThL, Thl, ThU, tendo a seguinte relação: ThL < Thl < ThU e correspondentemente - detecção (ikii) de uma das seguintes condições: . Primeira condição: ThL < k < Thl: o filtro é reconhecido como novo e/ou em boas condições; . Segunda condição: Thl < k < ThU: o filtro é reconhecido como sujo, mas ainda não obstruído de maneira perigosa; . Terceira condição: ThU < k: o filtro é reconhecido como obstruído de maneira perigosa; . Quarta condição: k < ThL: o coeficiente angular k é reconhecido como muito baixo mesmo para um novo filtro, assim uma condição perigosa severa é reconhecida: . nenhum cartucho de filtro presente, . cartucho de filtro errado presente, . vazamento de admissão. - (ikiii) detecção de uma Quinta condição, quando o coeficiente angular k subitamente passa a partir da Segunda ou Terceira condição para a Quarta condição, indicando uma abordagem de adulteração - (ix) quando a dita Segunda condição é reconhecida uma mensagem de erro é exibida (ix) do painel de instrumentos de veículo tendo o significado que "o filtro de ar deve ser substituído na próxima ocasião" e/ou - (x) quando a dita Terceira ou Quarta ou Quinta condição é reconhecida uma mensagem de erro severo é exibida (x) no painel de instrumentos de veículo e o motor é colocado em um modo de recuperação, com uma velocidade/torque/potência limitada.

[0051] Esta invenção pode ser implementada vantajosamente em um programa de computador compreendendo meio de código de programa para realizar uma ou mais etapas de tal método, quando tal programa é executado em um computador. Por esta razão, a invenção também deve cobrir tal programa de computador e o meio legível por computador que compreende uma mensagem gravada, tal meio legível por computador compreendendo o meio de código de programa para realizar uma ou mais etapas de tal método, quando tal programa é executado em um computador.

[0052] Muitas alterações, modificações, variações e outros usos e aplicações da invenção serão evidentes para os versados na técnica após considerar o relatório e os desenhos anexos que divulgam concretizações preferidas dos mesmos. Todas tais alterações, modificações, variações e outros usos e aplicações que não fogem do escopo da invenção são considerados como cobertos por esta invenção.

[0053] Detalhes de implementação adicionais não serão descritos, já que uma pessoa versada na técnica é capaz de realizar a invenção a partir do ensinamento da descrição acima.

REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Método para a detecção de uma condição de filtro de ar, em particular para motores de combustão caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: - (Ik) cálculo de uma regressão linear sobre os valores de pares de dados, cada um compreendendo: - valor de queda de pressão (IA) no filtro de ar - quadrado do valor do fluxo de ar (ib) que atravessa o filtro de ar, que corresponde ao referido valor de queda de pressão, a fim de obter um coeficiente angular (k) da regressão linear, - (Iki) comparação do referido coeficiente angular ou de uma função interpretadA no referido coeficiente angular com pelo menos um limiar ((ThL, Thl, ThH), (kmln, kmax), ( V^in, V^ax) ) , a fim de detectar (ikii) um condição de operação do filtro de ar.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando (iki) o referido coeficiente angular (k) ou a referida função interpretada no referido coeficiente angular excede um limiar superior (THU) (K ou f (k)> ThU: SIM), o ar filtro é reconhecido (ikii) como obstruído.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando (iki) o referido coeficiente angular (k) ou a referida função interpretada no referido coeficiente angular é menor do que um limiar inferior (ThL) (K ou f (k) <ThL: SIM), o filtro de ar é reconhecido (ikii) como violado ou ausente ou o tubo de admissão é reconhecido como vazando.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que (iki) o referido coeficiente angular (k) ou a referida função interpretada no referido coeficiente angular é comparado com, pelo menos, três limiares ThL <Thl <Thu, a fim de detectar uma das seguintes pelo menos quatro condições: . Primeira condição: ThL <k <Thl: filtro é reconhecido como novo e / ou em boas condições; . Segunda condição: Thl <k <Qui: filtro é reconhecido como sujo, mas ainda não perigosamente entupido; . Terceira condição: Qui <k: filtro é reconhecido como perigosamente entupido; . Quarta condição: k <ThL: o coeficiente angular k é reconhecido como muito baixo, mesmo para um filtro novo, assim, uma condição perigosa grave é reconhecida: - nenhum cartucho de filtro presente, - cartucho de filtro errado presente, - vazamento na admissão.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de detecção (ikiii) de uma quinta condição, quando o referido coeficiente angular (k) ou uma função interpretada no referido coeficiente angular de repente passa da referida segunda ou terceira condição para a quarta condição, indicando uma abordagem de adulteração.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, quando a referida quarta ou quinta condição é detectada, o método compreende uma etapa adicional (x) , em que o motor é convertido em um modo de recuperação, com uma potência / torque / velocidade limitada.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a referida função interpretada no referido coeficiente angular (k) é uma queda de pressão máxima teórica () correspondente a um valor y de fluxo de ar máximo teórico predefinido ( ,nax ) .

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a referida queda de pressão máxima teórica é dada por: onde Fmax coincide com o referido valor pré-definido do fluxo de ar máximo teórico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida queda de pressão é adquirido (v) por um sensor de pressão diferencial ou por subtração de: - uma primeira medida de pressão absoluta, medido por meio de um primeiro sensor de pressão absoluta disposto a jusante do filtro de ar de acordo com a direção do fluxo de ar, a partir de - uma segunda medida de pressão absoluta, medida por meio de um segundo sensor de pressão absoluta disposto no ambiente.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma faixa aplicável [ Vmm, Fmax ] de fluxos de ar é subdividida (iii) em um número de intervalos adjacentes predefinidos (0-7), em seguida, os referidos valores de pares de dados &p,V2 são agrupados (iv) em a base do respectivo intervalo pertencente ao valor do fluxo de ar Fe associado ao respectivo intervalo, e em que o referido coeficiente angular é calculado k (IK) por meio da seguinte fórmula: onde n é um número dos referidos pares de dados V e Δρ são valores médios de n fluxos de ar considerados e os valores de queda de pressão.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa preliminar (V) da aquisição dos referidos pares de dados Ap, V2 , e uma etapa subsequente de inibição (VI) do dito cálculo de regressão linear, até pelo menos um número predeterminado de intervalos estar associado com pelo menos um par de dados.

12. Aparelho para a detecção de uma condição de filtro de ar, em particular para motores de combustão, caracterizado pelo fato de que compreende: - meios para adquirir (v) um valor da queda de pressão no filtro de ar, - meios para adquirir (v) um valor de fluxo de ar que atravessa o filtro de ar, o que corresponde ao referido valor de queda de pressão; - meios (ECU) de elaboração adaptados para realizar todas as etapas (ik - ikiii, x, III, iv, V) de qualquer uma das reivindicações anteriores de 1 a 11.

13. Programa de computador caracterizado pelo fato de que compreende meios de código de programa de computador adaptados para executar todos as etapas (ik - ikiii) da reivindicação 1, quando o referido programa é executado num computador.

14. Mídia legível por computador caracterizada pelo fato de que tem um programa gravado na mesma, a referida mídia legível por computador compreendendo meios de código de programa de computador adaptados para executar todas as etapas (ik - ikiii) de qualquer das reivindicações de 1 a 11, quando o referido programa é executado num computador.

15. Motor de combustão caracterizado pelo fato de que compreende um filtro de ar e um aparelho para detectar as condições de operação definida na reivindicação 12.

16. Veículo terrestre caracterizado pelo fato de que compreende um motor de combustão tal como definido na reivindicação 15.