BR102017006766A2

BR102017006766A2 - método e sistema de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível

Info

Publication number: BR102017006766A2
Application number: BR102017006766A
Authority: BR
Inventors: Alves De Souza Renato
Original assignee: Robert Bosch Ltda
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-30
Also published as: BR102017006766B1

Abstract

a presente invenção refere-se a um sistema e um método de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível que monitoram continuamente o fator estequiométrico (fem) do motor medido pelo sensor reativo e verificam se o fator estequiométrico monitorado (fem) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável; caso fem esteja fora dessa faixa de valores, o teor de etanol no combustível alimentado (ea) é estimado sem o auxílio de sensores, e comparado com o teor de etanol no combustível consumido (ec) obtido pelo sensor reativo; se ec estiver dentro de uma faixa de valores igual a ea ± um erro (de), a ecu emite um sinal de falha de componente; se ec estiver fora dessa faixa, a ecu ajusta a proporção de ar e combustível injetados no motor em função do teor de etanol do combustível alimentado (ea).

Description

(54) Título: MÉTODO E SISTEMA DE DIAGNÓSTICO DE FALHA DE OPERAÇÃO DE COMPONENTE DE UM MOTORA COMBUSTÃO BICOMBUSTÍVEL (51) Int. Cl.: F02D 41/14; F02D 41/30 (73) Titular(es): ROBERT BOSCH LIMITADA (72) Inventor(es): RENATO ALVES DE SOUZA (85) Data do Início da Fase Nacional:

31/03/2017 (57) Resumo: A presente invenção refere-se a um sistema e um método de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível que monitoram continuamente o fator estequiométrico (FEM) do motor medido pelo sensor reativo e verificam se o fator estequiométrico monitorado (FEM) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável; caso FEM esteja fora dessa faixa de valores, o teor de etanol no combustível alimentado (EA) é estimado sem o auxílio de sensores, e comparado com o teor de etanol no combustível consumido (EC) obtido pelo sensor reativo; se EC estiver dentro de uma faixa de valores igual a EA ± um erro (dE), a ECU emite um sinal de falha de componente; se EC estiver fora dessa faixa, a ECU ajusta a proporção de ar e combustível injetados no motor em função do teor de etanol do combustível alimentado (EA).

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E SISTEMA DE DIAGNÓSTICO DE FALHA DE OPERAÇÃO DE COMPONENTE DE UM MOTOR A COMBUSTÃO BICOMBUSTÍVEL.

[001] A presente invenção refere-se a um sistema e a um método de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível de um veículo automotor, os quais identificam de forma independente falhas na identificação do combustível em uso e falhas de componentes do motor e, portanto, realizam um diagnóstico mais robusto e preciso.

Descrição do Estado da Técnica [002] É notável a tendência mundial à adoção de veículos do tipo bicombustível (“flex fuel”), com a finalidade de reduzir o consumo de combustível fóssil não renovável e ampliar a utilização de combustíveis renováveis, como o etanol, causando menores danos ao meioambiente. Neste contexto, é vantajoso que o veículo seja capaz de identificar o teor de etanol ou a composição do combustível que está sendo injetado no motor, a fim de adaptar o seu funcionamento às características daquela composição de combustível. A adaptação ao tipo de combustível é importante, para evitar falhas na partida do motor, uma vez que parâmetros, tais como a proporção da mistura de ar/combustível e momento de ignição, variam em função do teor de etanol no combustível.

[003] Muitos sistemas de injeção de combustível de veículos utilizam o sinal emitido pela sonda lambda que mede a presença de oxigênio nos gases de escape como parâmetro para identificar a composição do combustível e para ajustar os parâmetros dos sistemas de partida e de injeção de combustível do motor, assim como dos demais componentes relacionados ao seu funcionamento. No entanto, a sonda lambda é um sistema reativo de identificação de combustível, uma

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2/23 vez que o teor de oxigênio medido corresponde ao combustível já consumido pelo motor. Além disso, pode haver um atraso entre o consumo do combustível e o acionamento da sonda lambda, que só ocorre quando o combustível atinge o ponto de orvalho.

[004] Normalmente, os motores do tipo bicombustível funcionam com combustível com teor de etanol que pode variar entre E0 (0% etanol) a E100 (100% etanol), dependendo do mercado em que são utilizados. Isso significa que, quando o tanque é abastecido, o novo combustível pode apresentar um teor de etanol muito diferente daquele combustível anteriormente em uso. Assim, quando for dada a partida no motor, a informação do teor de etanol disponível no módulo de adaptação de combustível é aquela do último combustível consumido, medida pela sonda lambda. Consequentemente, módulo de adaptação de combustível e o sistema de partida do motor estão ajustados para controlar a partida do motor com parâmetros que não são adequados ao novo combustível abastecido, o que pode causar uma sequência de falhas na partida e funcionamento do motor.

[005] Independente do tipo e da quantidade de combustíveis que possam ser usados no motor de um automóvel, é sempre desejável que a queima de combustível no motor seja próxima da queima estequiométrica, ou seja, que a relação de ar/combustível injetada no motor produza uma queima estequiométrica. Dessa forma, se garante o consumo otimizado do combustível, com menor emissão de CO₂ na atmosfera. Embora existam valores teóricos conhecidos dessa relação de ar/combustível que resultem em uma queima estequiométrica para cada tipo de combustível, na prática, a relação de ar/combustível que alcança a queima estequiométrica varia com parâmetros ambientais e de operação dos componentes do motor, tais como temperatura ambiente e do motor, umidade, rotação do motor e demanda de potência e desgaste dos componentes do motor.

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3/23 [006] Em motores que usam apenas um tipo de combustível, a relação de ar/combustível injetada normalmente precisa ser ajustada com base nesses parâmetros ambientais e de operação dos componentes do motor. Para isso, uma sonda lambda mede o fator estequiométrico nos gases de escape do motor, e a relação de ar/combustível injetada no motor é ajustada em função do fator de desvio em relação à queima estequiométrica.

[007] Já em sistemas bicombustível, a relação de ar/combustível é ajustada levando em consideração também o tipo de combustível em uso, além dos demais parâmetros ambientais e de operação dos componentes do motor. O fator estequiométrico medido pela sonda lambda é usado tanto para identificar o tipo de combustível em uso no motor, como para verificar se a queima de combustível está próxima da queima estequiométrica levando em consideração os parâmetros ambientais e de operação dos componentes.

[008] Em qualquer um desses tipos de motor, o monitoramento contínuo do fator estequiométrico também é usado para se identificar falhas de componentes do motor. Isso porque quando a relação de ar/combustível injetada no motor é ajustada para alcançar uma queima estequiométrica no motor levando em consideração todos os parâmetros ambientais e de operação dos componentes, é esperado que após a estabilização do funcionamento do motor, o fator estequiométrico medido pela sonda lambda seja próximo ao valor estequiométrico. Caso a queima não se aproxime de tal condição, isso significa que ocorreu falha de algum componente relacionado à operação do motor, tal como componentes do sistema de injeção, ou do próprio motor. Normalmente, nesses casos uma luz indicativa de falha de operação acende no painel de controle do veículo.

[009] Em veículos do tipo bicombustível, essa sistemática de se partir de um mesmo valor medido de fator estequiométrico para ajustar

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4/23 a queima estequiométrica e para identificar tanto o tipo de combustível como falhas de operação do motor pode ser ineficiente, pois o sistema pode diagnosticar uma falha de operação enquanto o real problema foi uma falha na identificação de combustível.

[0010] A relação de ar/combustível injetada no motor é também parâmetro relevante para a partida do motor. Essa relação de ar/combustível varia com o teor de etanol no combustível. Quando o teor de etanol no combustível real é maior do que aquele conhecido pelo sistema de partida, isso pode resultar na injeção de uma mistura pobre, que pode inviabilizar a partida do motor, afetar a suavidade da partida, ou resultar em uma partida do motor seguida de falhas. Quando o teor de etanol no combustível real é menor do que aquele conhecido pelo sistema de partida, a mistura injetada pode ser demasiadamente rica, o que aumenta desnecessariamente o consumo de combustível e a emissão de CO₂ na atmosfera.

[0011] Além disso, mesmo que o motor ligue na primeira tentativa de partida, o sistema de injeção de combustível precisa de um intervalo de tempo durante o qual o motor deve funcionar de forma ininterrupta, para que possa identificar a composição do combustível atual e fazer os ajustes necessários para o correto funcionamento. Esse intervalo de tempo é chamado de período de aprendizagem do combustível. [0012] No entanto, na prática é bastante comum que o motor não permaneça em funcionamento ininterrupto durante todo o período de aprendizagem, o que pode ocorrer se a distância entre o posto de abastecimento e o local de estacionamento do veículo for muito pequena, ou em caso de trânsito intenso na saída do posto de abastecimento, fazendo com que o motor funcione e pare em intervalos de tempo mais curtos do que o período de aprendizagem.

[0013] Nessas situações, o sistema de injeção não irá registrar a nova composição do combustível e não ajustará os parâmetros de parPetição 870170021603, de 31/03/2017, pág. 7/41

5/23 tida, de injeção e de operação do motor de forma adequada. Consequentemente, é possível que ocorram falhas na partida seguinte do motor, por exemplo, no dia seguinte, ou horas mais tarde. Essas diversas tentativas de partidas do motor causam, ainda, um consumo desnecessário de energia do motor de partida.

[0014] Outra situação que pode causar falha de partida no motor é quando é feito um abastecimento de um volume pequeno de combustível, com composição muito diferente do combustível em uso. Nesses casos, o sensor de nível do tanque pode não identificar que houve reabastecimento e, portanto, a rotina de aprendizado de combustível não é acionada. Isso porque o que dispara o início de uma rotina de aprendizagem do combustível no tanque é a identificação de que houve um retanqueamento do veículo.

[0015] Também são conhecidos sensores de etanol que são normalmente instalados no tanque ou na linha de combustível para identificar a composição do combustível antes da partida do automóvel. No entanto, embora sejam razoavelmente precisos na identificação do combustível, esses sensores possuem um custo elevado, fazendo com que seja pouco vantajoso para o mercado incorporar um sensor ao tanque destinado apenas à identificação do combustível.

[0016] Já são conhecidos do estado da técnica alguns sistemas que buscam identificar a composição de combustível no tanque ou na linha de combustível sem o uso de sensores específicos. Por exemplo, o documento US 9,080,525 B2 revela um sistema e um método de identificação da composição de combustível que realiza a medição reativa do sensor de oxigênio nos gases de exaustão e faz um ajuste na composição do combustível em condições transientes, aplicando modelos já conhecidos de parâmetros do sistema correspondentes a valores máximos e mínimos de teor de etanol, os quais são comparados com os valores medidos desses parâmetros e, em seguida, fazendo

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6/23 aproximações sucessivas aplicando modelos correspondentes a valores mais próximos do teor de etanol no combustível identificado a partir do sensor de gases de exaustão.

[0017] O sistema e o método propostos no documento US 9,080,525 B2 operam verificando a resposta do próprio motor ou do sistema de injeção após o início da operação, e realizam interações sucessivas de aproximação para chegar a um valor próximo do teor de etanol no combustível, o que envolve uma complexidade computacional elevada. Além disso, esse documento não busca identificar um tipo de falha no motor que pode ser decorrente de um ajuste indevido ao teor de etanol no combustível, ou de falha de um componente do motor.

[0018] O documento EP1985831 se refere a um controlador de alimentação de combustível para motores do tipo flex-fuel que monitora, aprende e ajusta, com base em informações de dois sensores, o teor de álcool na mistura de combustível, que é usado como parâmetro para controlar a injeção de combustível na câmara de combustão. Um dos sensores é um sensor de oxigênio que fica localizado na tubulação de exaustão da câmara de combustão, e mede a razão de arcombustível da mistura na câmara de combustão com base no teor de oxigênio do gás que flui na tubulação de exaustão. O segundo sensor é um sensor de medição de concentração de álcool do tipo conhecido no mercado, que fica localizado na linha de combustível ou no tanque e que mede a concentração de álcool pela detecção da capacitância da mistura de combustível armazenada no tanque. Esse sensor apresenta custo elevado e é sujeito a defeitos, o que inviabilizaria a identificação de falhas no reconhecimento do combustível.

[0019] O documento WO 2008/014359 revela um sistema e um método para operar um motor flex-fuel usando dados de um sensor de etanol que mede o teor de etanol no tanque, e de um sensor de oxigêPetição 870170021603, de 31/03/2017, pág. 9/41

7/23 nio conectado ao circuito de exaustão do veículo. Um microprocessador ajusta a quantidade de combustível injetado no motor, para manter a razão de ar-combustível estequiométrica para a mistura de combustível usada em cada momento. Esse microprocessador possui uma 1^atabela pré-programada com relações ótimas de teores de etanol medidos pelo sensor de etanol, valores de RPM do motor e posições de válvula borboleta correspondentes, e uma 2^a tabela correlacionando as mesmas variáveis, mas em função dos valores medidos pelo sensor de oxigênio. Esse sistema é sempre acionado quando o motor é ligado, para ajustar a quantidade de combustível injetado no motor.

[0020] Nenhum dos documentos do estado da técnica sugere uma solução que seja capaz de diagnosticar separadamente uma falha de reconhecimento do combustível injetado e uma falha de componente do motor ou relacionado ao seu funcionamento, falha esta que não esteja relacionada ao tipo de combustível no motor, usando um sistema isento de sensores de etanol no tanque, e ao mesmo tempo sendo suficientemente robusto e com custo moderado.

Objetivos da Invenção [0021] É um primeiro objetivo da invenção proporcionar um sistema e um método de diagnóstico de falha de operação de um motor a combustão bicombustível de um veículo automotor, capazes de detectar de forma independente falhas na identificação do combustível em uso e falhas de componentes do motor de forma precisa.

[0022] Também é objetivo da invenção proporcionar um sistema e um método de diagnóstico de falha de operação de um motor a combustão bicombustível que diferenciem falhas de componentes frente a falhas de identificação de combustível, mesmo quando não ocorre identificação eletrônica de reabastecimento do motor.

[0023] Um terceiro objetivo da invenção é de proporcionar um sistema e um método de diagnóstico de falha de operação de um motor a

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8/23 combustão bicombustível que diferenciem falhas de componentes frente a falhas de identificação de combustível, que dispense um sensor físico de etanol no tanque.

Breve Descrição da Invenção [0024] Os objetivos da invenção são alcançados por um método de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível, o qual é realizado com o motor em funcionamento, e compreende as etapas de:

(a) monitorar continuamente o fator estequiométrico (FE_M) do motor em operação medindo-se os gases de escape do motor;

(b) identificar o teor de etanol no combustível consumido (E_c) com base nos gases de escape do motor medidos;

(c) verificar se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável;

(d) caso o fator estequiométrico monitorado (FE_M) esteja fora dessa faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, disparar uma etapa de estimar o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) ao motor;

(e) comparar o teor de etanol no combustível consumido (E_c) com o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A);

(f.1) se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver compreendido em uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), acusar falha de componente;

(f.2) se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver fora de uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), ajustar uma proporção de ar e combustível injetados no motor para alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do comPetição 870170021603, de 31/03/2017, pág. 11/41

9/23 bustível alimentado (E_A).

[0025] Após o ajuste da proporção de ar e combustível injetados no motor da etapa (f.2), se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) permanecer fora da faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, pode-se acusar falha de componente.

[0026] A etapa de monitorar o fator estequiométrico (FE_M) do motor pode ser realizada com auxílio de um sensor reativo de oxigênio disposto em uma saída de gases de escape do motor.

[0027] O componente correspondente à falha de componente acusada compreende pelo menos um dentre: componentes de um circuito de partida a frio do motor, componentes de um circuito de injeção de combustível no motor e componentes de um circuito de injeção de ar no motor.

[0028] A faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável corresponde ao valor da queima estequiométrica mais ou menos um erro (d_FE)[0029] A etapa de estimar o teor de etanol de um combustível alimentado (E_a) ao motor pode ser realizada através de um circuito de partida a frio do motor isento de sensores de etanol.

[0030] A etapa de estimar o teor de etanol no combustível alimentado ao motor (E_A) compreende preferivelmente:

aplicar uma potência variada, em intervalos de tempo sucessivos, de valores incrementais a um resistor variável de aquecimento do combustível a ser injetado no motor, medir a corrente sobre o resistor variável, com base na corrente sobre o resistor, calcular o fluxo de calor crítico máximo resultante da potência aplicada ao resistor, identificar um teor de etanol no combustível a alimentado (E_a) correspondente ao fluxo de calor crítico máximo calculado.

[0031] Os objetivos da invenção são também alcançados por um

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10/23 sistema de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível compreendendo:

um circuito de partida a frio do motor capaz de estimar o teor de etanol no combustível a ser alimentado ao motor (E_A);

pelo menos um sensor reativo que identifica o teor de etanol no combustível já consumido pelo motor (E_c) e o fator estequiométrico do motor (FE_M);

uma unidade eletrônica de controle (ECU) que ajusta a proporção de ar/combustível injetada no motor com base no fator estequiométrico do motor (FE_M) e em um teor de etanol no combustível, a ECU estando conectada ao circuito de partida a frio e ao sensor reativo;

a ECU monitora continuamente o fator estequiométrico (FE_m) do motor medido pelo sensor reativo e verifica se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável;

caso o fator estequiométrico monitorado (FE_M) esteja fora dessa faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, a ECU dispara um sinal de acionamento para o circuito de partida a frio estimar o teor de etanol no combustível alimentado (E_A);

a ECU compara o teor de etanol no combustível consumido (E_c) obtido pelo sensor reativo com o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) estimado circuito de partida a frio;

se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver compreendido em uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), a ECU emite um sinal de falha de componente;

se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver fora de uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), a ECU ajusta a proporPetição 870170021603, de 31/03/2017, pág. 13/41

11/23 ção de ar e combustível injetados no motor para alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do combustível alimentado (E_A).

[0032] Quando o fator estequiométrico (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, a ECU ajusta a proporção de ar e combustível injetados no motor para alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do combustível consumido (E_c).

[0033] A ECU pode emitir um sinal de falha de componente se o fator estequiométrico (FE_M) permanecer fora da faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, após o ajuste da proporção de ar e combustível injetados no motor em função do teor de etanol do combustível alimentado (E_A).

[0034] O componente correspondente à falha de componente acusada compreende pelo menos um dentre: componentes de um circuito de partida a frio do motor, componentes de um circuito de injeção de combustível no motor e componentes de um circuito de injeção de ar no motor. Além disso, o circuito de partida a frio do motor é isento de sensor de etanol.

[0035] Esse sistema é adaptado para realizar o método aqui descrito.

Breve Descrição dos Desenhos [0036] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

figura 1 - ilustra um fluxograma de um método de diagnóstico de falha de operação de componente de acordo com o estado da técnica;

a figura 2 - ilustra um fluxograma de um método de diagnóstico de falha de operação de componente de acordo de acordo

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12/23 com a invenção;

a figura 3 - é um gráfico que mede a variação de um sinal correspondente ao fator estequiométrico, para verificar se ele está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica; e figura 4 - ilustra esquematicamente um ciclo de aprendizado do tipo de combustível em um motor bicombustível.

Descrição Detalhada das Figuras [0037] Em motores do tipo bicombustível que são adaptados para operar com combustível com diferentes teores de etanol podendo variar dentro de uma faixa ampla entre E0 e E100, a adaptação ao tipo de combustível é importante, para evitar falhas na partida do motor, uma vez que parâmetros como mistura ar/combustível e temperatura de ignição do combustível variam sensivelmente em função do teor de etanol no combustível.

[0038] Durante o ciclo de funcionamento de motores bicombustível, há um período correspondente ao ciclo de aprendizado do tipo de combustível, durante o qual o sistema de controle do motor aprende qual é o teor real de etanol no combustível presente no tanque e que está sendo ou está prestes a ser abastecido ao motor naquele momento, chamado aqui de E_A. Esse ciclo de aprendizado é particularmente importante após o abastecimento do veículo, que é o momento em que pode haver uma mudança do tipo de combustível. O aprendizado também não é instantâneo, principal mente quando não é utilizado sensor do tipo de combustível dentro do tanque, pois é necessário verificar algumas condições de operação do motor e do sistema de injeção em resposta ao abastecimento do veículo com aquele combustível, para que se possa identificar sua composição. Isso pode demorar alguns minutos, pois são necessários alguns ciclos de operação do motor.

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13/23 [0039] Apenas para fins ilustrativos, a figura 4 mostra um ciclo ideal de aprendizado do tipo de combustível, como identificado no retângulo interno do diagrama, o qual ocorre de forma ininterrupta após o abastecimento do tanque representado no lado esquerdo do retângulo. Durante esse ciclo de aprendizado, a unidade eletrônica de controle do motor (ECU) estima um valor aproximado do teor de etanol no combustível a ser abastecido ao motor E_A. Para que esse ciclo de aprendizado ocorra de forma ideal, é necessário que o motor opere de forma ininterrupta durante todo o período correspondente às fases 2 a 4 mostradas no retângulo mais externo do diagrama.

[0040] O sistema de controle do motor e de injeção de combustível identifica que houve o abastecimento de combustível na etapa 1. Quando o motor é ligado, na etapa 2, o combustível já presente na linha de combustível é injetado no motor, até que o novo conteúdo de combustível abastecido no tanque chegue aos bicos injetores do circuito de injeção de combustível no motor. Após isso, na etapa 3, há um período de espera até que o motor e/ou o circuito de injeção de combustível respondam ao novo tipo de combustível, para que seja possível identificar o seu teor de etanol. Na etapa 4, o novo tipo de combustível é efetivamente identificado com base na análise e no processamento das respostas do motor e/ou do sistema de injeção de combustível detectadas pelo sistema de identificação de combustível. [0041] Essa rotina de aprendizagem do combustível normalmente é disparada quando o sensor de nível detecta uma variação de nível de combustível, ou seja, quando é identificado um novo abastecimento de combustível no tanque.

[0042] O circuito de partida do motor é responsável também pela injeção de combustível. Esse circuito normalmente compreende pelo menos um sensor de nível no tanque de combustível, uma bomba de combustível no tanque, válvulas de injeção de combustível no motor,

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14/23 válvulas borboleta para controle da injeção de ar na câmara de combustão do motor, sensor de pressão na entrada da válvula borboleta, entre outros. A válvula borboleta é controlada, de modo que o volume de ar alimentado seja adequado à composição do combustível utilizado, para que a mistura de ar-combustível na câmara de combustão corresponda à razão estequiométrica. Essa relação da mistura de ar/combustível muda bastante dependendo do teor de etanol no combustível, entre E100 e E22, por exemplo. Um sensor de abastecimento de combustível pode ser também instalado no veículo, destinado a identificar a ocorrência de um novo abastecimento de combustível no tanque, paralelamente ou adicionalmente ao sensor de nível, o qual pode realizar essa mesma função.

[0043] Uma unidade eletrônica de controle (ECU) e pelo menos um sensor reativo de identificação da composição de combustível são também utilizados para auxiliar no controle de operação do motor, tanto para ajuste de operação do motor ao tipo de combustível, como para compensação de eventuais modificações ou falhas nas condições de operação de outros componentes do motor. Esse sensor reativo preferivelmente é uma sonda lambda disposta na saída de gases de exaustão do motor, a qual mede o fator estequiométrico do combustível, medindo do teor de oxigênio dos gases de exaustão do motor. Esse mesmo sensor também identifica o teor de etanol do combustível consumido E_c a partir do fator estequiométrico ou do teor de oxigênio nos gases de exaustão.

[0044] Para que o teor de etanol do combustível consumido E_cmedido pelo sensor reativo seja próximo ao real, é preciso que o motor esteja operando com aquele combustível após alguns ciclos de operação. O teor de etanol no combustível consumido E_c medido pelo sensor reativo é armazenado na ECU e é utilizado como base para ajuste da mistura de ar/combustível injetada no motor, quando não há novo

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15/23 abastecimento do veículo.

[0045] Por outro lado, quando um novo abastecimento de combustível é detectado, a ECU aciona as etapas de identificação estimada do teor de etanol no combustível abastecido E_A através dos componentes do circuito de partida a frio. Esses componentes do circuito de partida a frio equivalem, portanto, a um sensor virtual eletrônico ativo do teor de etanol no combustível, pois esse sensor virtual identifica de forma aproximada o teor de etanol no combustível, antes mesmo que o motor comece a consumi-lo, ou seja, antes da reação da operação do motor ao novo combustível.

[0046] Normalmente, o ajuste da proporção de ar/combustível injetada no motor é feito com base no teor de etanol de combustível E_cregistrado na ECU e no fator estequiométrico medido pela sonda lambda. Quando não há reabastecimento, o valor de E_c registrado na ECU é o mesmo medido pela sonda lambda. O ajuste da proporção de ar/combustível injetada envolve, geralmente, o tempo de abertura da válvula de injeção de combustível e o tempo de abertura da válvula borboleta.

[0047] Conforme mostrado no fluxograma da figura 1, quando ocorre um reabastecimento, e esse evento é identificado pelo sensor de nível do tanque ou pelo sensor de reabastecimento, o ajuste da proporção de ar/combustível injetada com base no valor de E_c registrado na ECU é interrompido. Paralelamente, a etapa de identificação do teor estimado de etanol no combustível abastecido E_A é disparada. Uma vez terminada a etapa de identificação de uma estimativa do teor de etanol E_A presente no novo combustível abastecido, é feito um novo ajuste da proporção de ar/combustível injetada com base no valor de E_a. Após esse ajuste com base no valor de E_A, o motor estabiliza sua operação com o novo combustível. Só então, a proporção de ar/combustível injetada no motor volta a ser ajustada com base no faPetição 870170021603, de 31/03/2017, pág. 18/41

16/23 tor estequiométrico medido pela sonda lambda. Nesse momento, o teor de etanol no combustível consumido E_c medido pela sonda lambda será próximo ao valor estimado de etanol no combustível abastecido E_a, e corresponderá ao valor do combustível real, podendo ser usado novamente para ajuste da proporção de ar/combustível injetada. [0048] Para o ajuste da proporção de ar/combustível injetada no motor com base no fator estequiométrico, a ECU monitora continuamente o valor do fator estequiométrico medido pela sonda lambda. Quando a queima é estequiométrica, o sinal correspondente ao valor do fator estequiométrico medido pela sonda lambda FE_M = FE = 1, como pode ser visto no gráfico da figura 3. Variações no valor de FE_Mpara cima ou para baixo indicam que a queima está muito rica ou muito pobre e, portanto, é preciso ajustar os tempos de injeção de ar e/ou de combustível no motor. Normalmente, antes de apontar a ocorrência de falha de algum componente relacionado ao motor, a ECU é programada para admitir uma faixa de valores que varia cerca em 25% acima ou abaixo do valor da queima estequiométrica, conforme representado pelas linhas de limites superior e inferior do gráfico da figura

3. Essa variação para cima ou para baixo em relação à queima estequiométrica FE é chamada de erro de fator estequiométrico (Ófe), que é um valor predefinido e corresponde à área entre os limites superior e inferior mostrados na figura 3.

[0049] Por exemplo, se o sinal correspondente ao fator estequiométrico varia entre 1,25 e 0,75, isso significa que a proporção de ar/combustível está dentro de um valor aceitável, para um erro d_FF de 25%. Caso o fator estequiométrico ultrapasse o limite superior ou inferior do erro d_FF, isso pode significar que ocorreu uma falha em algum componente dos circuitos de partida, de injeção de ar e de injeção de combustível. Nessa situação, um sinal de acusação de falha de componente é emitido pela ECU, ou pela unidade de diagnóstico de falha

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17/23 de componente que é controlada pela ECU.

[0050] Ainda que o fator estequiométrico monitorado FE_M esteja dentro dessa faixa aceitável de valores de FE ± d_FE, a ECU busca sempre aproximar esse fator o máximo possível do valor da queima estequiométrica, e segue ajustando a proporção de ar e combustível injetada no motor.

[0051] No entanto, caso ocorra um reabastecimento do tanque com combustível diferente daquele que está sendo consumido pelo motor, e esse reabastecimento não for identificado pela ECU, então o fator estequiométrico monitorado FE_M vai se afastar do valor correspondente à queima estequiométrica FE e até da faixa aceitável de valores de FE ± d_FE- Nessa situação, a ECU vai tentar ajustar a proporção de ar/combustível injetada no motor tendo ainda como referência o teor de etanol E_c desatualizado identificado pela sonda lambda, para tentar se aproximar da queima estequiométrica. Porém, esse ajuste não irá funcionar, pois a mistura injetada ficará sempre rica demais ou pobre demais. Consequentemente, o fator estequiométrico monitorado FE_m permanecerá fora da faixa de valores correspondente à queima estequiométrica aceitável (FE ± Ófe), θ a ECU acusará uma falha de componente, muito embora nenhuma falha de componente tenha ocorrido. Ou seja, a ECU confundirá uma falha de identificação do teor de etanol do combustível abastecido E_A com uma falha inexistente de um componente.

[0052] Esse erro do diagnóstico de falha de um componente ocorre, portanto, quando há uma falha na identificação de um reabastecimento, uma vez que nesse caso, não é disparada a sequência de etapas anteriormente descritas de identificação do combustível abastecido com auxílio do circuito de partida. Isso se deve ao fato de que o mesmo sinal medido pela sonda lambda correspondente ao fator estequiométrico é usado ao mesmo tempo para identificar o teor de etanol

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18/23 no combustível consumido E_c e para verificar se a queima de combustível está próxima do fator correspondente à queima estequiométrica FE.

[0053] O método e o sistema de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível, de acordo com a invenção, solucionam esse problema, pelo fato de que permitem uma identificação do teor de etanol do combustível abastecido E_Adurante o funcionamento do motor, mesmo quando não é identificado um reabastecimento do veículo.

[0054] Conforme ilustrado no fluxograma da figura 2, o método de acordo com a invenção realiza continuamente a etapa de monitorar o fator estequiométrico FE_M do motor em operação medindo os gases de escape do motor, preferivelmente com auxílio do sensor reativo de oxigênio (ou sonda lambda) do sistema de acordo com a invenção, o qual é disposto em uma saída de gases de escape do motor. O teor de etanol no combustível consumido E_c pelo motor é também identificado de forma reativa com base nos gases de escape do motor medidos pelo sensor.

[0055] Em seguida, se verifica se o fator estequiométrico monitorado FE_m está dentro da faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável. Conforme já explicado anteriormente, essa faixa de valores é determinada pelos valores correspondentes à queima estequiométrica mais ou menos um erro d_FE, ou seja, FE ± d_FE[0056] Caso o fator estequiométrico monitorado FE_M esteja fora dessa faixa de valores aceitável, é disparada uma etapa de estimar o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) ao motor. O disparo dessa etapa preferivelmente é feito pela ECU do sistema de diagnóstico de acordo com a invenção, que envia um sinal de acionamento para o circuito de partida a frio do sistema, para que ele opere apenas para estimar o teor de etanol no combustível alimentado (E_A). Essa

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19/23 etapa é realizada simplesmente através do circuito de partida a frio do motor isento de sensores de etanol do sistema de diagnóstico de acordo com a invenção, do tipo aqui descrito anteriormente, e é disparada independente da ocorrência de um reabastecimento do tanque, embora o procedimento para estimar o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) seja o mesmo.

[0057] Uma vez obtida essa estimativa do teor de etanol de um combustível alimentado E_A, o valor de E_A assim obtido é comparado com o teor de etanol do combustível consumido E_c obtido pelo sensor reativo, conforme mostrado na figura 2. Considerando que o teor de etanol de um combustível alimentado E_A é estimado com menor grau de precisão pelo circuito de partida do motor do que o teor de etanol do combustível consumido E_c obtido pelo sensor reativo, então essa comparação entre E_A e E_c deve ter uma margem de desvio aceitável denominada de erro d_E de teor de etanol. Como resultado dessa comparação, se o teor de etanol no combustível consumido E_c estiver compreendido dentro de uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado E_A mais ou menos esse erro d_E de teor de etanol (E_A ± d_E), então a ECU emite um sinal que acusa uma falha de um componente. Isso porque o resultado da comparação indica que o teor de etanol no combustível no tanque que está sendo alimentado ao motor é próximo o suficiente do teor de etanol do combustível já consumido E_c, de modo que a queima de combustível no motor deveria estar próxima do valor da queima estequiométrica FE. Portanto, a razão da queima de combustível não estar dentro da faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável é a falha de um componente do circuito de partida a frio do motor, do circuito de injeção de combustível no motor ou do circuito de injeção de ar no motor.

[0058] Por outro lado, se o resultado da comparação entre E_A e E_c

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20/23 apontar que o teor de etanol no combustível consumido E_c está fora dessa faixa de valores de E_A ± d_E, então a ECU passa a ajustar a proporção de ar e combustível injetados no motor, buscando alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do combustível alimentado E_A apenas, ou seja, sem levar em consideração o fator estequiométrico ou o teor de etanol no combustível consumido E_c medidos pelo sensor reativo.

[0059] Após esse novo ajuste da proporção de ar e combustível injetados com base em E_A, são necessários alguns instantes até o funcionamento do motor se estabilizar. Então, se verifica novamente se o valor do fator estequiométrico monitorado (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável. Se não houver nenhuma falha de componente, o fator estequiométrico FE_m deve retornar para essa faixa aceitável e se aproximar cada vez mais do valor da queima estequiométrica FE. Dessa forma, evita-se a acusação indevida de uma falha de componente. [0060] Contudo, se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) permanecer fora da faixa de valores correspondente à queima estequiométrica aceitável mesmo após o ajuste da proporção de ar e combustível injetados e a estabilização da operação do motor, então uma falha de componente efetivamente ocorreu e é acusada. Nesses casos, a falha de componente possivelmente ocorreu durante a identificação do teor de etanol no combustível abastecido E_A.

[0061] De acordo com a invenção, a acusação de falha de componente preferivelmente consiste em acender um LED de acusação de falha de componente no painel do veículo. Esse LED é acionado por um sinal de falha emitido por uma unidade de diagnóstico de falha de componente da ECU do sistema de acordo com a invenção.

[0062] Apenas como exemplo será descrita aqui uma possível forma de funcionamento do circuito de partida a frio do motor para esPetição 870170021603, de 31/03/2017, pág. 23/41

21/23 timar o teor de etanol no combustível alimentado (E_A). O circuito de partida a frio utiliza um resistor variável de aquecimento do combustível a ser injetado no motor, ao qual a ECU aplica valores de potência variados, aumentados ou diminuídos de valores incrementais definidos e em intervalos de tempo sucessivos. O teor de etanol no combustível alimentado (E_A) correspondente ao fluxo de calor crítico máximo resultante da potência aplicada ao resistor.

[0063] O resistor variável de aquecimento de combustível aquece o combustível a ser injetado no motor por meio de convecção de calor através de contato direto com o combustível, de modo que o combustível seja injetado no motor na temperatura adequada à combustão. [0064] O resistor variável de aquecimento de combustível possui uma resistência que varia em função da sua temperatura, com característica PTC ou NTC. O resistor de aquecimento de combustível pode ficar disposto em qualquer posição ao longo da linha de combustível (percurso do combustível entre a bomba de combustível no tanque e as válvulas de injeção), ficando em contato direto e realizando troca de calor com o combustível. Na modalidade preferida da invenção, o resistor de aquecimento está localizado dentro da galeria de combustível, podendo ou não ficar disposto em recipientes com volume de combustível conhecido, caso seja necessária a determinação do volume de combustível evaporado ou do tempo de evaporação desse volume de combustível para o funcionamento do sistema de identificação de combustível.

[0065] A ECU aplica uma tensão e/ou potência de alimentação sobre o aquecedor, fazendo-o aquecer e dissipar calor para o combustível, e lê a corrente sobre esse resistor. A variação da corrente sobre o resistor ao longo do tempo pode ser correlacionada com o tempo de ebulição de um volume conhecido do combustível, e/ou com o coeficiente de transferência de calor do combustível, a área da superfície de

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22/23 contato do resistor com o combustível, a variação de temperatura do resistor até o ponto de ebulição do combustível, entre outros.

[0066] Em uma modalidade da invenção, a corrente sobre o resistor ou a temperatura do resistor (proporcional à corrente) é correlacionada com o fluxo de calor crítico máximo da composição de combustível correspondente a essa corrente ou temperatura do resistor. A ECU monitora a potência de alimentação aplicada ao resistor e a corrente ou a temperatura do resistor. Quando é detectada uma variação do valor da corrente ou da temperatura do resistor em resposta a um valor de potência controlada aplicada a ele, é identificada a composição do combustível correspondente ao fluxo de calor crítico máximo correspondente à potência aplicada ao resistor naquele instante, a identificação sendo feita com auxílio da fórmula w

t/max = —— tn em que:

qmax = fluxo de calor crítico máximo

W = potência crítica máxima aplicada ao resistor m² = área da superfície do aquecedor em contato com o combustível.

[0067] Conhecendo o valor da área da superfície do aquecedor em contato com o combustível, e o valor da potência aplicada ao resistor no momento em que é identificado um fluxo de calor crítico máximo, a ECU consegue calcular o valor do fluxo de calor crítico máximo pela fórmula acima. Como o fluxo de calor crítico máximo depende do teor de etanol no combustível, então a ECU consegue identificar o teor de etanol no combustível alimentado E_A correspondente ao valor do fluxo de calor crítico máximo, seja por meio de cálculos em tempo real, seja pela consulta a uma tabela pré-calculada.

[0068] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange

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23/23 outras possíveis variações, sendo limitados tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível, o qual é realizado com o motor em funcionamento, caracterizado por compreender as etapas de:

(a) monitorar continuamente o fator estequiométrico (FE_M) do motor em operação medindo-se os gases de escape do motor;

(b) identificar o teor de etanol no combustível consumido (E_c) com base nos gases de escape do motor medidos;

(c) verificar se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável;

(d) caso o fator estequiométrico monitorado (FE_M) esteja fora dessa faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, disparar uma etapa de estimar o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) ao motor;

(e) comparar o teor de etanol no combustível consumido (E_c) com o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A);

(f.1) se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver compreendido em uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), acusar falha de componente;

(f.2) se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver fora de uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), ajustar uma proporção de ar e combustível injetados no motor para alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do combustível alimentado (E_A).
2. Método de diagnóstico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após o ajuste da proporção de ar e

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2/4 combustível injetados no motor da etapa (f.2), se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) permanecer fora da faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, acusar falha de componente.
3. Método de diagnóstico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de monitorar o fator estequiométrico (FE_M) do motor é realizada com auxílio de um sensor reativo de oxigênio disposto em uma saída de gases de escape do motor.
4. Método de diagnóstico, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o componente correspondente à falha de componente acusada compreende pelo menos um dentre: componentes de um circuito de partida a frio do motor, componentes de um circuito de injeção de combustível no motor e componentes de um circuito de injeção de ar no motor.
5. Método de diagnóstico, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável corresponde ao valor da queima estequiométrica mais ou menos um erro (d_FE)
6. Método de diagnóstico, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimar o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) ao motor é realizada através de um circuito de partida a frio do motor isento de sensores de etanol.
7. Método de diagnóstico, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimar o teor de etanol no combustível alimentado ao motor (E_A) compreende:

aplicar uma potência variada, em intervalos de tempo sucessivos, de valores incrementais a um resistor variável de aquecimento do combustível a ser injetado no motor, medir a corrente sobre o resistor variável, com base na corrente sobre o resistor, calcular o fluxo de

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3/4 calor crítico máximo resultante da potência aplicada ao resistor, identificar um teor de etanol no combustível a alimentado (E_a) correspondente ao fluxo de calor crítico máximo calculado.
8. Sistema de diagnóstico de falha de operação de componente de um motor a combustão bicombustível, compreendendo:

um circuito de partida a frio do motor capaz de estimar o teor de etanol no combustível a ser alimentado ao motor (E_A);

pelo menos um sensor reativo que identifica o teor de etanol no combustível já consumido pelo motor (E_c) e o fator estequiométrico do motor (FE_M);

uma unidade eletrônica de controle (ECU) que ajusta a proporção de ar/combustível injetada no motor com base no fator estequiométrico do motor (FE_M) e em um teor de etanol no combustível, a ECU estando conectada ao circuito de partida a frio e ao sensor reativo;

o sistema sendo caracterizado pelo fato de que: a ECU monitora continuamente o fator estequiométrico (FE_M) do motor medido pelo sensor reativo e verifica se o fator estequiométrico monitorado (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável;

caso o fator estequiométrico monitorado (FE_M) esteja fora dessa faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, a ECU dispara um sinal de acionamento para o circuito de partida a frio estimar o teor de etanol no combustível alimentado (E_A);

a ECU compara o teor de etanol no combustível consumido (E_c) obtido pelo sensor reativo com o teor de etanol de um combustível alimentado (E_A) estimado circuito de partida a frio;

se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver compreendido em uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), a ECU emite um sinal de falha de componente;

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4/4 se o teor de etanol no combustível consumido (E_c) estiver fora de uma faixa de valores igual ao teor de etanol do combustível alimentado (E_A) mais ou menos um erro (d_E), a ECU ajusta a proporção de ar e combustível injetados no motor para alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do combustível alimentado (E_A).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, quando o fator estequiométrico (FE_M) está dentro de uma faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, a ECU ajusta a proporção de ar e combustível injetados no motor para alcançar uma queima estequiométrica do combustível com teor de etanol do combustível consumido (E_c).
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a ECU emite um sinal de falha de componente se o fator estequiométrico (FE_M) permanecer fora da faixa de valores correspondente a uma queima estequiométrica aceitável, após o ajuste da proporção de ar e combustível injetados no motor em função do teor de etanol do combustível alimentado (E_A).
11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o componente correspondente à falha de componente acusada compreende pelo menos um dentre: componentes de um circuito de partida a frio do motor, componentes de um circuito de injeção de combustível no motor e componentes de um circuito de injeção de ar no motor.
12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o circuito de partida a frio do motor é isento de sensor de etanol.
13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de ser adaptado para realizar o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

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