BR102018003187B1 - Método e sistema para avaliar a quantidade de particulado acumulado dentro de um filtro de particulado de um motor diesel - Google Patents

Abstract

Acumulação de particulado em um filtro de particulado (13) na linha de exaustão (9) de um motor é calculada por uma unidade de controle de motor eletrônica (E). Quando a massa de particulado acumulado estimado (Macc,i) excede um limiar predeterminado (TH1), uma etapa de regeneração automática do filtro (13) é ativada, por injeções de combustível adicionais e combustão consequente do particulado no filtro (13). A massa de particulado acumulado estimado (Macc,i) é calculada como a soma de massas de particulado acumulado instantâneo estimado (msi) calculada como uma função de um primeiro mapa baseado em condições operacionais do motor (MP, IN). Uma massa de particulado queimado instantâneo real é calculada como uma função de valores (T6, T5, V, T_env) indicativos do estado do filtro (13). Como uma função da soma (Mb,r) de massas de particulado queimado instantâneo real, e como uma função da soma (Macc,i) de massas de particulado acumulado instantâneo, um fator de correção temporário representando um erro entre dito valor teórico (Macc,i) e dito valor real (Mb,r) é calculado. O fator de correção temporário é armazenado em um segundo mapa de fatores de correção, baseado nas condições operacionais de motor. Durante a etapa de acumulação, a massa (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção relaciona-se a motores diesel e particularmente relaciona-se a um método para avaliar a quantidade de particulado presente no filtro de particulado provido ao longo da linha de exaustão de um motor diesel.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Reduzir emissões de particulado de um motor diesel é um problema fundamental a fim de cumprir regulamentos atuais e futuros relativos a emissões de poluente. A fim de obedecer limites de emissão de particulado, é necessário usar sistemas de tratamento de gás de exaustão, particularmente incluindo um filtro de particulado de diesel (DPF) ou armadilha, que atua como uma barreira mecânica para prevenir a passagem do particulado, graças à conformação de canais cerâmicos criados dentro disto. A armadilha supracitada é integrada na linha de exaustão do motor e é capaz de reter, nela, o particulado gerado durante o processo de combustão, com uma eficiência perto de 100%. Acumulação de particulado na superfície de filtro, porém, aumenta a pressão na exaustão do motor, que causa uma diminuição em eficiência do motor. Consequentemente, é necessário regenerar a armadilha, periodicamente, por combustão ("light-off") do particulado acumulada nela. Para este fim, a unidade de controle de motor eletrônica (ECU) dos injetores de combustível associados com os cilindros do motor é programada para ativar - quando a quantidade estimada de particulado acumulado no filtro excede um valor limite - um modo de controle de injetor, que causa uma regeneração automática do filtro por um aumento na temperatura dos gases de exaustão enviados ao filtro, suficiente para queimar o particulado no filtro. Este aumento de temperatura é obtido, por exemplo, controlando múltiplas injeções de combustível na câmara de combustão durante a etapa de exaustão (pós-injeções) de modo a introduzir o combustível queimado parcialmente diretamente na exaustão. Este combustível queimado parcialmente, queimando ao longo da linha de exaustão, induz temperaturas altas no DPF, permitindo a combustão do particulado acumulado.

[0003] Figura 1 dos desenhos anexos mostra esquematicamente o sistema de controle de injeção e o sistema de exaustão de um motor diesel moderno. Nesta figura, numeral de referência 1 indica o motor, tendo uma pluralidade de cilindros, cada um provido com um injetor de combustível eletromagnético 2 controlado por uma unidade de controle eletrônica E. Numeral de referência 4 indica o tubo de entrada do ar, no qual um medidor de fluxo 5, uma válvula de borboleta 6, uma válvula de recirculação de gás de exaustão (EGR) 7 e um compressor de superalimentação 8 estão interpostos. O numeral de referência 9 indica, como um todo, a linha de exaustão do motor na qual a turbina 10 está interconectada, que está conectada mecanicamente ao compressor de superalimentação 8, junto com um pré-catalisador 11, o conversor catalítico 12, e o filtro de particulado 13. Número de referência 14 indica a linha para recircular os gases de exaustão da saída de motor para a válvula de EGR 7. Um sensor 15 detecta a diferença de pressão existindo a montante e a jusante do filtro de particulado 13. A unidade de controle eletrônica E recebe sinais deixando dito sensor 15, de sensores de temperatura T5 e T6, associados com o dispositivo de tratamento de gás de exaustão, localizado a montante e a jusante do filtro de particulado 13, respectivamente, e do medidor de fluxo 5, e transmite sinais de controle à válvula de borboleta 6, à válvula de EGR 7, e aos injetores 2. Um exemplo de um tal sistema é EP 2963271 B1.

[0004] A unidade de controle de motor eletrônica E é capaz de ativar um modo de regeneração automático do filtro, controlando múltiplas injeções de combustível a cada ciclo do motor, de modo a trazer temporariamente a temperatura dos gases de exaustão enviados ao filtro 13 a um valor não menos que 600°C, que causa queima ('light-off') do particulado.

PROBLEMA TÉCNICO

[0005] De acordo com a técnica anterior, a quantidade de particulado presente no filtro é avaliada pela unidade de controle eletrônica usando um modelo estatístico ou usando um modelo baseado em mapa, em que é possível avaliar a emissão de fumaça do motor para cada condição operacional do motor, por exemplo, como uma função das revoluções de motor e carga requerida. Para cada condição operacional do motor e do veículo, a unidade de controle executa, por exemplo, na base de um mapa, uma estimativa de uma acumulação específica em gramas por hora (g/h) de particulado ("carregamento de fuligem") no filtro, que está baseada em leituras estatísticas médias.

[0006] A desvantagem desta solução conhecida é que pode dar origem a uma estimativa que está relativamente longe do valor real. Emissão de particulado, na realidade, depende de muitos fatores diferentes tais como, por exemplo, o posicionamento em tempo das injeções, a porcentagem de recirculação de gás de exaustão (EGR), e o tipo de injetores. Calibração de um motor deve ser executada com valores dos vários parâmetros em jogo correspondendo aos valores médios das faixas de variação respectivas, isto é, correspondendo exatamente às especificações de projeto. Porém, devido a tolerâncias na fabricação dos componentes diferentes, os vários parâmetros podem variar amplamente, com uma distribuição Gaussiana, entre valores máximo e mínimo para cada componente.

[0007] Em um cenário de "pior caso", um motor pode ter todos os injetores "descalibrados", que injetam uma quantidade maior de combustível que aquela predita pela unidade de controle eletrônica, de forma que o motor terá uma maior emissão de fumaça comparada a um motor com injetores "ideais", que injetam uma quantidade de combustível correspondendo ao valor de projeto. A sobreposição dos efeitos de todos estes componentes que divergem da condição ideal, até mesmo quando cada componente permanece dentro da dispersão máxima permitida pelas tolerâncias industriais, pode ter o efeito de aumentar a emissão de fumaça do motor.

[0008] O modelo estatístico usado em sistemas conhecidos opera em modo de "malha aberta", e portanto é incapaz de levar em conta dispersões de componente e possíveis maus funcionamentos, que podem ocorrer durante a vida do veículo motorizado. Na prática, o modelo estatístico nomeia, por exemplo, a n veículos motorizados envolvidos em um ciclo "urbano", o mesmo "perfil de missão" urbano, assumindo que em uma tal condição, o carregamento de fuligem em g/h é único e predeterminado para todos os veículos motorizados, indiferente das características específicas de cada um deles.

[0009] Além disto, por causa de injeções de pós-combustível, a etapa de regeneração, por um lado, permite uma elevação rápida das temperaturas de exaustão mas, no outro, tende a deteriorar o óleo lubrificante e aumentar o consumo de combustível. Por estas razões, a frequência e a duração das etapas de regeneração não deveriam exceder os valores estritamente necessários para a combustão correta e completa do particulado acumulado dentro do filtro.

[0010] Estes modelos estatísticos, portanto, devem ser calibrados pelo fabricante de tal modo a proteger a integridade do motor e seus componentes, até mesmo no cenário de pior caso, isto é, no caso no qual as divergências da condição de projeto dos componentes individuais envolvem uma situação mais onerosa para o motor. Isto permite ao veículo ter condições que são tão críticas quanto possível para regenerar o esvaziamento completo do filtro, evitando um entupimento progressivo e gradual do próprio filtro.

[0011] Estes modelos devem, portanto, ser muito conservadores, a fim de evitar problemas para a possível gama mais ampla de veículos. Isto resulta em uma alta frequência e duração das regenerações, resultando em um desperdício de combustível e uma deterioração mais rápida da qualidade de óleo de motor.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0012] O objetivo da presente invenção é aquele de produzir um motor diesel equipado com um sistema de controle para regenerar o filtro de particulado baseado em uma avaliação mais precisa da acumulação de particulado no filtro, que permite as desvantagens discutidas acima serem superadas.

[0013] Um objetivo adicional da invenção é aquele de alcançar o objetivo supracitado com meios simples e baratos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0014] A fim de alcançar os objetivos supracitados, a invenção relaciona-se a um método para controlar um sistema de motor diesel, do tipo compreendendo um filtro de particulado interposto na linha de exaustão de motor, e uma unidade de controle de motor eletrônica de um ou mais injetores de combustível associados com os cilindros do motor, em que - quando uma massa de particulado acumulado no filtro é estimada estar acima de um primeiro limiar predeterminado - um modo de controle de injetor é ativado, que causa o começo de uma etapa de regeneração automática do filtro, por um aumento na temperatura de gás de exaustão enviado ao filtro suficiente para queimar o particulado no filtro, em que a massa de particulado acumulado é calculada como a soma de massas de particulado instantâneo teórico, calculada como uma função de um mapa baseado em condições operacionais do motor. O método da presente invenção é caracterizado pelo fato de que, durante a etapa de regeneração, compreende: - receber valores indicativos do estado do filtro de particulado, - calcular, como uma função dos valores indicativos do estado do filtro, uma massa de particulado queimado instantâneo atual, - somar as massas de particulado queimado instantâneo atual, - calcular um fator de correção baseado na soma de massas de particulado queimado instantâneo atual e na soma de massas de particulado instantâneo teórico, em que o fator de correção é representativo de um erro de estimação entre dito valor teórico e dito valor real, e - armazenar o fator de correção em um mapa adicional baseado nas condições operacionais de motor.

[0015] O método também é caracterizado pelo fato de que, durante a etapa de acumulação, envolve multiplicar a massa de particulado instantâneo teórico calculada de acordo com o mapa, pelo fator de correção calculado de acordo com o mapa adicional.

[0016] A invenção também relaciona-se a um sistema e um produto que pode ser carregado na memória de pelo menos um módulo de processamento (por exemplo, uma unidade de controle eletrônica do motor) e incluindo instruções para executar as etapas do método quando o produto é executado em pelo menos um módulo de processamento. Como usado aqui, a referência a um tal produto é pretendida ser equivalente a fazer referência a meios legíveis por uma unidade de controle eletrônica do motor ou por um computador, contendo instruções para controlar o sistema de processamento, a fim de coordenar a implementação do método de acordo com uma ou mais concretizações. A referência a "pelo menos um módulo de processamento" é pretendida para realçar a possibilidade de implementar uma ou mais concretizações em uma forma modular e/ou distribuída.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0017] Características e vantagens adicionais da invenção se tornarão aparentes da descrição que segue com referência aos desenhos anexos, providos puramente por meio de exemplo não limitante, em que: - Figura 1, já descrita acima, ilustra esquematicamente um motor diesel do tipo ao qual a presente invenção é aplicada, - Figura 2 é um diagrama de bloco mostrando os blocos necessários para executar as operações, por meio de que a unidade de controle eletrônica de acordo com a presente invenção é programada, - Figuras 3A a 3D são exemplos de variações em tempo de massas acumuladas e queimadas em um filtro de particulado de um sistema no qual nenhum método de controle de acordo com a presente invenção está presente, - Figuras 4A a 4D são exemplos de variações em tempo de massas acumuladas e queimadas em um filtro de particulado de um sistema no qual um método de controle de acordo com a presente invenção está presente, - Figura 5A, 5B, 6A e 7A são exemplos de variações em tempo das temperaturas de gás de exaustão durante a etapa de regeneração do filtro, por exemplo, no caso de um filtro "vazio", isto é, sem particulado, e em um caso real, e - Figuras 6B e 7B mostram a variação em tempo de massas de particulado queimadas durante uma etapa de regeneração.

DESCRIÇÃO DE UMA CONCRETIZAÇÃO

[0018] A idéia básica da presente invenção é controlar as etapas de regeneração dos filtros de particulado, intervindo ambos na sua frequência e na sua duração.

[0019] Figura 2 dos desenhos anexos é um diagrama de bloco mostrando o princípio subjacente da presente invenção como implementada na unidade de controle eletrônica E da Figura 1. Geralmente, a unidade de controle E está programada para ativar uma regeneração automática do filtro de particulado DPF quando uma massa de particulado acumulado estimado Macc,i no filtro 13 alcança um nível predeterminado TH1. No caso da técnica anterior, esta massa acumulada Macc,i é avaliada, como indicado acima, usando exclusivamente um modelo de acumulação 100, em que a unidade de controle E calcula a acumulação em gramas/hora (carregamento de fuligem) do particulado no filtro 13, baseado em valores de entrada relacionados a condições operacionais de motor, tais como o número de revoluções do motor, carga de motor, lambda, pressão ambiente, temperatura ambiental e temperatura de água de motor, e/ou um "Perfil de Missão" MP do veículo (por exemplo "ciclo urbano", "ciclo extra-urbano", "ciclo misturado"). O modelo de acumulação 100 então produz informação de carregamento de fuligem, isto é, em uma massa (particulado) acumulada instantânea msi, que é somada então a outras massas acumuladas instantâneas em um bloco de integração 101, gerando a massa acumulada estimada Macc,i. Por exemplo, como uma função das condições operacionais de motor (por exemplo, perfil de missão MP), o modelo de acumulação 100 pode ler em um mapa o valor correspondente de massa acumulada instantânea msi no filtro 13.

[0020] Como já indicado, o modo operacional de sistemas conhecidos não permite uma precisão alta da estimativa da acumulação (carregamento de fuligem) do particulado no filtro 13. Reciprocamente, o sistema de acordo com a invenção, como exemplificado na Figura 2, ainda usa o modelo de acumulação estatística 100 usado em sistemas conhecidos, mas também corrige, em um bloco 104, a informação obtida com dito modelo estatístico 100, baseado em uma análise, executada em um modelo de combustão 102, de processos exotérmicos que são determinados durante cada etapa de regeneração do filtro 13. Em geral, o modelo de combustão 102 permite a correção da massa de particulado instantâneo estimado msi à saída do modelo de acumulação 100 durante a etapa de acumulação, baseado nas análises executadas previamente durante cada etapa de regeneração.

[0021] Em particular, a frequência de regeneração é controlada corrigindo o modelo de acumulação 100 por meio de um ou mais fatores de correção k, determinados na base de um mapa de fatores de correção k armazenados em uma memória não volátil da unidade de controle E.

[0022] Durante cada única etapa de regeneração, um fator de correção temporário ktmp é calculado, e o mapa de fatores de correção k é atualizado baseado no valor do fator de correção temporário, como explicado em mais detalhe abaixo.

[0023] O valor da massa acumulada instantânea msi à saída do modelo de acumulação 100 pode portanto ser corrigido, por exemplo, multiplicando isto, no bloco 104, pelo fator de correção k determinado na base do mapa de fatores de correção k.

[0024] Cálculo do fator de correção temporário ktmp pode ocorrer durante cada etapa de regeneração, comparando as massas acumuladas instantâneas msi avaliadas pelo modelo de acumulação 100 com uma massa (particulado) queimada atual Mb,r no filtro 13, calculada de acordo com o modelo de combustão 102 assunto da presente invenção.

[0025] O modelo de combustão 102 tem, como dados de entrada, além de massas acumuladas instantâneas msi, parâmetros físicos, tais como, por exemplo, uma taxa de fluxo dos gases de exaustão passando pelo filtro DPF 13, uma temperatura dos gases de exaustão imediatamente a montante do filtro T5, uma temperatura dos gases de exaustão imediatamente a jusante do filtro T6, uma temperatura atmosférica Tenv, e uma velocidade de veículo V. Estes valores são convencionalmente adquiridos por sensores instalados diretamente no motor, tais como os sensores T5, T6, e 15 mostrados na Figura 1.

[0026] Outros dados de entrada do modelo de combustão são uma temperatura modelada T6_mod saída de, isto é, à saída do filtro de DPF 13 obtida por meio de um bloco 106 não assunto da presente invenção. Esta temperatura modelada T6_mod é representativa de uma temperatura saída do filtro de DPF 13, isto é, uma temperatura T6 que o filtro teria a sua saída durante uma etapa de regeneração se não houvesse nenhuma combustão de particulado no filtro, sendo igual aos valores dos outros parâmetros de entrada. No bloco 106, vários modelos desta temperatura de referência modelada T6_mod também podem ser armazenados, dependendo das diferentes condições operacionais de motor.

[0027] Seguindo cada etapa de regeneração, o fator de correção temporário calculado ktmp é usado para atualizar o mapa de fatores de correção k, por exemplo, pode ser multiplicado por um ou mais fatores de correção k armazenados no mapa, de forma que depois de um certo número de regenerações, o produto entre este um ou mais fatores de correção k e a massa de particulado instantâneo estimado msi do modelo de acumulação 100 permita a estimação precisa das quantidades atuais de particulado emitido pelo motor. Deste modo, o valor de uma massa calculada acumulada (particulado) Macc,i pode essencialmente corresponder ao valor real da massa acumulada (particulado) Macc,r.

[0028] O modelo de combustão 102 assunto da presente invenção portanto atua como um modelo de realimentação corretiva com respeito ao modelo de acumulação 100 descrito acima, permitindo a unidade de controle eletrônica E adaptar, em cada veículo, os valores de particulado calibrados pelo fabricante no modelo de acumulação 100.

[0029] A invenção também permite a estes valores de particulado serem adaptados durante o ciclo de vida do veículo, evitando o entupimento progressivo do DPF 13, por exemplo, por causa de divergências dos componentes devido a seu envelhecimento.

[0030] Uma saída adicional do modelo de combustão 102 é um sinal de PARADA, que permite a interrupção da etapa de regeneração se a necessidade surgir, por exemplo, se um aumento em tempo da massa de particulado queimado atual Mb,r estiver suspenso durante um dado período de tempo, uma condição indicando o fim da etapa de combustão de particulado, que pode acontecer antes do fim da etapa de regeneração.

[0031] Figuras 3A e 3B ilustram o comportamento, como uma função do tempo t, da massa (particulado) acumulada Macc durante a etapa de acumulação e queima Mb durante a etapa de regeneração, respectivamente, no caso no qual esta regeneração é longa demais ou curta demais. Linhas cheias representam massas acumuladas e queimadas estimadas, i, enquanto linhas tracejadas representam massas acumuladas e queimadas reais, r. O exemplo não limitante presente considera a possibilidade que a massa acumulada estimada é menos que o valor real da massa acumulada no filtro 13.

[0032] A um instante t=0, a etapa de acumulação de massa de particulado começa no filtro 13. A todo momento, o modelo de acumulação 100 determina a massa acumulada instantânea msi, que, somando junto com as outras massas acumuladas instantâneas no bloco 101, produz um aumento essencialmente linear na massa de particulado estimado M acc,i.

[0033] Ao mesmo tempo, o filtro 13 realmente enche com particulado, aumentando, a cada instante, a massa de particulado acumulado real Macc,r. Esta massa real pode diferir da massa estimada por várias razões, por exemplo, porque o modelo de acumulação 100, sendo único para veículos diferentes, pode ser conservador e portanto pode ser projetado para começar uma etapa de regeneração antes que o valor de particulado realmente alcance o valor limite TH1. Uma situação crítica é aquela mostrada nas Figuras 3A a 3D, em que a massa acumulada real pode ser maior do que a massa acumulada estimada.

[0034] A um instante t=t1, a massa acumulada estimada Macc,i alcança um valor limite TH1 indicando, por exemplo, o valor da massa de particulado que serve para encher o filtro 13 a 100%, isto é, para encher completamente o filtro 13.

[0035] Nesse momento, então, a etapa de regeneração começa e a massa acumulada Macc diminui, enquanto a massa queimada Mb aumenta.

[0036] Um instante t=t2 é indicativo do momento no qual a massa acumulada estimada Macc,i está completamente queimada, na realidade, o valor da massa queimada estimada Mb,i se torna constante.

[0037] Reciprocamente, a massa acumulada real Macc,r, sendo maior do que a massa acumulada estimada Macc,i, é queimada completamente a um instante t3>t2, o tempo no qual a regeneração real do filtro 13 é obtida.

[0038] Porém, a programação da unidade de controle E prevê que a etapa de regeneração continua até um instante t4, conduzindo a uma prolongação supérflua da etapa de regeneração entre instantes t3 e t4. Ao término da etapa de regeneração, uma nova etapa de acumulação começa, que é suspensa a instante t5, em que a massa acumulada estimada Macc,i alcança novamente o valor limite TH1.

[0039] Desde que a etapa de regeneração é projetada com uma maior duração (t4 > t3) do que o tempo precisado para queimar a massa acumulada real Macc,r, não há nenhuma acumulação de massa imprópria, porém, a duração excessiva da etapa de regeneração pode conduzir a um desperdício de combustível.

[0040] Nas Figuras 3C e 3D, as referências são as mesmas como aquelas usadas previamente, e a diferença se acha no fato que a duração da regeneração coincide com o tempo que a massa acumulada estimada precisa para queimar completamente, isto é, t2=t4. Como pode ser visto, distinto do caso ilustrado na Figura 3B, onde há um período de tempo entre instantes t3 e t4, em que as massas queimadas são constantes e, portanto, toda a massa acumulada é queimada, no caso da Figura 3D, a etapa de regeneração termina antes que a massa acumulada no filtro 13 possa ser queimada completamente. Isto implica que, no começo da etapa de acumulação subsequente, há uma massa de particulado não zero, conduzindo a um erro que, no caso da técnica anterior, não pode ser corrigido.

[0041] Como resultado, uma etapa de regeneração de curta duração previne o consumo de combustível impróprio; porém, um erro em estimar a massa acumulada Macc,i poderia conduzir à combustão incompleta de particulado, e consequentemente uma possível degradação do filtro 13 com o passar do tempo. Figuras 4A a 4D exemplificam a variação em tempo de massas estimada (i) e real (r) acumuladas Macc e queimadas Mb, no caso no qual o método da presente invenção é aplicado. Para simplicidade, a primeira partida do veículo é considerada ou, por exemplo a partida depois de uma condição de reiniciação, em que o mapa dos fatores de correção k é prefixado com todos os fatores de correção unitários k.

[0042] Em um primeira etapa de acumulação, de duração T1, as massas instantâneas estimadas msi são multiplicadas por um fator de correção k, e integradas aumentando a massa acumulada estimada Macc,i. Ambos a cálculo de massas instantâneas estimadas msi e o cálculo do fator de correção k ocorrem na base de mapas, baseado em troca nas condições operacionais do veículo.

[0043] Como há valores unitários estão no mapa de fatores de correção k, na primeira etapa de acumulação, a massa acumulada estimada Macc,i não é corrigida. Uma vez mais, a tempo t=t1, a massa acumulada estimada Macc,i alcança o valor limite TH1, e a etapa de regeneração começa, semelhante àquela descrita previamente. Em contraste com as Figuras 3A a 3D, durante esta etapa, o fator de correção temporário ktmp é calculado, como uma função da massa de particulado acumulado estimado Macc,i e a massa de particulado queimado real Mb,r.

[0044] Uma vez calculado, o fator de correção temporário ktmp pode ser usado para atualizar os valores de fator de correção k armazenados no mapa. Por exemplo, o fator de correção ktmp pode ser multiplicado pelo valor de fator de correção k armazenado no mapa à posição correspondendo às condições operacionais de motor durante a etapa de acumulação. Neste caso, o fator de correção unitário k é simplesmente substituído pelo valor de fator de correção temporário ktmp. Em outras palavras, o método da presente invenção inclui atualizar pelo menos um valor do mapa de fatores de correção k depois de cada etapa de regeneração, de acordo com as condições operacionais que ocorrem no motor durante a etapa de acumulação correspondendo à etapa de regeneração na qual o fator de correção temporário ktmp é calculado.

[0045] Em particular, no caso da Figura 4A, o fator de correção ktmp pode ter um valor maior que 1, de forma que multiplicar pela massa instantânea estimada msi conduz a um declive mais íngreme da massa acumulada estimada Macc,i, para refletir a massa de particulado acumulado real Macc,r.

[0046] Porém, isto só ocorre se, na etapa de acumulação sucessiva, isso é, a tempo t=t4, o veículo mantiver as mesmas condições operacionais como a etapa de acumulação precedente, isto é, do período T1. Caso contrário, o valor do fator de correção temporário ktmp calculado durante a etapa de regeneração não pode afetar a nova etapa de acumulação, e a estimação da massa acumulada instantânea msi não é corrigida porque é multiplicada por um fator de correção unitário k.

[0047] Considerando, porém, as mesmas condições operacionais do veículo como a etapa de acumulação prévia, o fator de correção k há pouco armazenado é multiplicado pela massa de particulado instantâneo estimado msi, conduzindo a uma correção da massa de particulado acumulado estimado Macc,i essencialmente mais perto do valor real de massa de particulado acumulado Macc,r. Deste modo, se a massa de particulado acumulado real Macc,r for maior do que a massa de particulado acumulado estimado Macc,i, então é possível alcançar o limiar TH1 em um período de tempo mais curto T2 comparado ao tempo decorrido sem correção, isto é, T2 < T1.

[0048] Esta correção portanto evita a acumulação de particulado e controla o começo da etapa de regeneração de acordo com ambas a massa acumulada instantânea msi, à saída do modelo 100 e a massa queimada real Mb,r, calculada por meio do modelo de combustão 102.

[0049] Na Figura 4C, o caso é considerado no qual onde a massa de particulado real Macc,r é acumulada a uma velocidade mais baixa (em g/h) do que aquela da massa estimada Macc,i. Neste caso, a etapa de regeneração produzirá um período de tempo, de tempo t2 em que a massa queimada real Mb,r se tornaconstante a tempo t4 em que a etapa de regeneração termina, em que a etapa de regeneração é supérflua, desde que a combustão já terminou. Esta condição é devido ao fato que a etapa de regeneração começa antes que a massa de particulado acumulado real Macc,r alcance o valor limite TH1.

[0050] Neste caso, durante a etapa de regeneração, o fator de correção temporário ktmp é calculado com um valor de menos que 1, que a uma etapa de acumulação subsequente (se as mesmas condições operacionais do motor forem verificadas), pode ser multiplicado pelos valores da massa de particulado instantâneo estimado msi.

[0051] Consequentemente, o declive da linha reta da massa de particulado acumulado estimado Macc,i corresponde essencialmente ao declive da massa de particulado acumulado real Macc,r e a duração da nova etapa de acumulação terá um valor T2, maior do que o prévio, isso é, o período da etapa de acumulação corrigida será maior que aquele baseado completamente na modelo de acumulação 100, T2 > T1.

[0052] Assim, a frequência das etapas de regeneração é controlada corrigindo a massa de particulado acumulado instantâneo estimado msi, à saída do modelo de acumulação 100, multiplicado por um ou mais fatores de correção k determinados na base do mapa, atualizado pela modelo de combustão 102 seguindo cada etapa de regeneração.

[0053] Portanto, pode ser apreciado que usar fatores de correção k depende das condições operacionais do veículo. Contanto que o motor não esteja operando, não é possível calcular um fator de correção k, que portanto permanecerá unitário, quer dizer, continuará mantendo o valor inicialmente fixado. Consequentemente, o modelo de combustão corretivo 102 atua no modelo de acumulação 100 durante as etapas de regeneração subsequentes relativas a isso em que o fator de correção k é atualizado.

[0054] Será apreciado que, para simplicidade, nas figuras precedentes, o caso é mostrado no qual uma etapa de acumulação inteira corresponde a uma única condição operacional de motor. Porém, dependendo da variação nas condições operacionais do motor, uma tendência diferente pode ser esperada com respeito à tendência linear mostrada aqui, por exemplo, um aumento linear com linhas interrompidas, ou uma tendência crescente genérica como uma função do tempo. Portanto, se condições operacionais diferentes do motor ocorrerem durante o mesma etapa de acumulação, fatores de correção diferentes k também seriam usados, correspondendo às condições operacionais diferentes do motor.

[0055] Igualmente, os fatores de correção temporários ktmp calculados durante a etapa de regeneração podem ser usados para atualizar um ou mais fatores de correção k correspondendo a condições operacionais do motor que foram detectadas, e que ocorreram durante a etapa de acumulação.

[0056] Figuras 5A e 5B ilustram a variação em tempo das temperaturas, a montante T5, e a jusante, T6, do filtro 13 durante a etapa de regeneração, respectivamente, na presença e ausência de particulado queimado dentro disto. A temperatura modelada T6_mod, exemplificada por uma linha tracejada, é usada como uma referência.

[0057] Como pode ser visto, no caso no qual particulado queimado está presente dentro do filtro 13, a temperatura a jusante do filtro T6 é maior do aquela que seria a jusante do filtro no caso em que não havia nenhuma combustão durante a etapa de regeneração, T6_mod.

[0058] As duas temperaturas T6 e T6_mod, por outro lado, coincidem fora da etapa de combustão de particulado, que neste exemplo não limitante coincide com a etapa de regeneração TR.

[0059] Como exemplificado na Figura 5B, quando não há nenhum particulado acumulado no filtro 13, nenhuma combustão ocorre e as duas temperaturas coincidem essencialmente, até mesmo ao longo da etapa de regeneração TR, T6=T6_mod.

[0060] A fim de estimar a massa de particulado queimado instantâneo no DPF 13, o princípio de conservação de energia pode ser aplicado a um volume de controle, usando valores obtidos, por exemplo, dos sensores T5, T6 e 15, e/ou obtidos do bloco 106 para calcular a temperatura de referência modelada T6_mod.

[0061] Aplicando este princípio de conservação de energia a um filtro 13 com massa de particulado acumulado, em que combustão ocorre durante a etapa de regeneração do filtro 13, o seguinte é obtido: (Hexh,in-L - Hexh,out-L)*dt + PHC*dt +Psoot*dt = dEbrick-L + Pair-L*dt (1)

[0062] onde Hexh,in-Le Hexh,out-Lrepresentam, respectivamente, entalpias de entrada e saída do filtro de gás de exaustão, PHC representa uma potência térmica liberada pela combustão de hidrocarbonetos não queimados, Psoot representa uma potência térmica liberada pela combustão de particulado, dEbrick-L representa um aumento infinitesimal a tempo dt da energia interna do filtro, e Pair-L representa uma potência transferida ao ar pelo filtro devido à convecção.

[0063] Os valores da equação 1 podem ser calculados como segue:e representam, respectivamente, uma mudança de entalpia à entrada e à saída do filtro de gás de exaustão, calculado como:

[0064] onde é um fluxo máximo pelo filtro de particulado 13 recebido como uma entrada ao modelo, e está disponível na unidade de controle eletrônica E; cP exh representa um calor específico à pressão constante dos gases (entrada para o modelo e calibrado na unidade de controle eletrônica E); além disso, T5 e T6 representam as temperaturas de gás de entrada e saída ao filtro de particulado 13 (também incluído como entradas ao modelo e disponível na unidade de controle eletrônica E); - PHC representa a potência térmica liberada por combustão de hidrocarbonetos não queimados,

[0065] os termos de qual são entradas no modelo e estão disponíveis na unidade de controle eletrônica E, uma descrição detalhada não será provida como eles não são pertinentes à aplicação presente; - Psoot representa a potência térmica liberada pela combustão do particulado

[0066] onde H L-soot representa o valor de aquecimento mais baixo do particulado, introduzido ao modelo e valor calibrável na unidade de controle eletrônica E; - Pair-L é a potência transferida ao ar pelo filtro devido à convecção

[0067] onde hair representa a transmitância térmica ambiente externa/tijolo, Sbrick representa a superfície do tijolo são, respectivamente, a temperatura de tijolo média e a temperatura ambiental, entradas ao modelo que são calibráveis e/ou disponíveis na unidade de controle eletrônica E; - dEbrick-L é o aumento infinitesimal em tempo dt da energia interna do

[0068] onde mbrick representa a massa do tijolo, cbrick representa o calor específico z7T do tijolo, e representa a variação de temperatura média dentro do tijolo, entradas ao modelo que são calibráveis/disponíveis na unidade de controle eletrônica E.

[0069] Esta equação se refere à Figura 5A, em que temperatura a jusante do filtro 13 é T6.

[0070] O mesmo princípio de conservação de energia também pode ser aplicado no caso da Figura 5B, em que a temperatura a jusante do filtro 13 iguala T6_mod: (Hexh,in-E - Hexh,out-E)*dt + PHC*dt +Psoot*dt = dEbrick-E + Pair-E*dt (2)

[0071] Subtraindo as duas equações membro a membro, nós obtemos uma estimativa da potência térmica liberada instantaneamente por combustão do particulado: Psoot= (dEbrick-L- dEbrick-E)/dt + (Pair-L- Pair-E) + (Hexh,out-L - Hexh,out-E) (3)

[0072] Semelhantemente, reordenando a equação 1, é possível obter a potência térmica liberada instantaneamente por combustão do particulado, como segue: Psoot = dEbrick-E/dt +Pair - (Hexh,in - Hexh,out) -PHC (4)

[0073] A diferença entre a equação 3 e a equação 4 é que a estimativa da potência térmica queimada instantaneamente Psoot de acordo com a equação 3 é mais precisa desde que não é necessário levar em conta a potência térmica devido à combustão de particulado não queimado PHC, mais difícil de estimar. Além disso, as condições que levam em conta a variação de energia interna e troca de calor com o ambiente externo podem ser desprezíveis comparadas ao termo devido ao processo exotérmico do particulado. Porém, ambas as equações podem ser usadas para obter uma estimativa da massa de particulado queimado instantaneamente e, portanto, ambas podem ser usadas pela unidade de controle E.

[0074] Depois de estima a potência térmica liberada por combustão do particulado Psoot, e uma vez que o valor de aquecimento mais baixo do particulado HL-soot seja conhecido, é possível estimar a massa de particulado queimado instantaneamente, dmb,r(t), como a relação entre os dois valores: dMb,r(t) = Psoot / HL-soot.

[0075] Integrando a massa de particulado queimado instantaneamente dMb,r(t) durante a etapa de regeneração, é possível obter uma estimativa da massa de particulado queimado real Mb,r dentro do DPF 13.

[0076] Figuras 6A e 6B são exemplos das variações em tempo da massa de particulado queimado real Mb,r, com respeito à variação nas temperaturas T6 (aqui exemplificado por uma linha tracejada) e T6_mod. Quando as duas temperaturas deixam essencialmente de corresponder, a um tempo tR,i a combustão da massa de particulado acumulado começa, que termina a tempo tR,f, em que as duas temperaturas correspondem essencialmente uma vez mais. Será apreciado que, a este momento, a massa de particulado queimado real Mb,r se torna constante, como a totalidade do particulado acumulado foi queimada.

[0077] Porém, o cálculo da massa de particulado queimado real Mb,r pode ser afetado por qualquer erro de estimação da temperatura modelada de referência T6_mod. Um termo corretivo aditivo ou subtrativo da temperatura modelada ΔM_corr pode portanto ser levado em conta.

[0078] Como pode ser visto na Figura 7A, a temperatura de referência modelada T6_mod pode ter um valor real T6_mod,r, que é diferente do ideal, por exemplo, devido a um erro de estimação. O fator de correção da temperatura modelada M_corr pode, portanto, ser calculado às vezes de acordo com a diferença entre a temperatura a jusante do filtro T6 e a temperatura modelada real T6_mod,r a tempos em que é relativamente certo que esta diferença não é devido à combustão de particulado no filtro, mas só devido a erros causados pelo modelo da temperatura modelada T6_mod. Em outras palavras, o fator de correção da temperatura modelada ΔM_corr pode ser calculado como uma função de uma diferença ΔT6_mod,i durante o começo da etapa de regeneração, a um tempo tR,i (quando condições que ativam o começo da combustão de particulado ainda não foram alcançadas) e uma diferença ΔT6_mod,f durante a etapa de regeneração final, a tempo tR,f (durante o qual é relativamente certo que o particulado previamente acumulado já foi completamente oxidado, isso é, a etapa de combustão terminou).

[0079] O fator de correção da temperatura modelada ΔM_corr é então calculado como:

[0080] em que:

[0081] ΔT6_mod,i representa a diferença a jusante entre a temperatura do filtro T6 e a temperatura modelada atual T6_mod,r no momento inicial da etapa de regeneração tR,i,

[0082] ΔT6_mod,f representa a diferença entre a temperatura a jusante do filtro T6 e a temperatura modelada real T6_mod,r no momento final da etapa de regeneração tR,f,

[0083] Mexh representa uma massa de gases de exaustão que cruzaram o filtro durante a etapa de regeneração,

[0084] Cp,exh representa o calor específico dos gases de exaustão, e

[0085] H1 representa o valor de aquecimento mais baixo do particulado.

[0086] Equação 5, e portanto o cálculo do fator de correção da temperatura modelada ΔM_corr habilita a correção do valor da massa de particulado queimado Mb,r, por exemplo, a tempo tR,f relativo ao fim de combustão de particulado.

[0087] O fator de correção ΔM_corr, somado à massa de particulado queimado Mb,r, permite um valor corrigido ser obtido, que é usado para calcular o fator de correção temporário k_tmp.

[0088] Figura 7B mostra a tendência da massa de particulado queimado Mb,r e uma massa de particulado queimado corrigido correspondente Mb,r_corr, quer dizer, a tendência em tempo que a massa de particulado queimado Mb,rteria se não houvesse nenhum erro de estimação da temperatura modelada T6_mod. O valor final corrigido, calculado a tempo tR,f, e exemplificado na Figura 7B com a referência MFB, é usado para corrigir a estimação do modelo de acumulação 100, como discutido acima.

[0089] Como pode ser visto da variação da massa corrigida e da variação da massa teórica, o erro de estimação da temperatura modelada T6_mod pode distorcer a estimativa da massa de particulado queimado Mb,r, que pode ser melhorado corrigindo o modelo por meio do fator de correção da temperatura modelada ΔM_corr.

[0090] Em várias concretizações, é possível configurar o modelo de combustão 102 de forma que também controle a duração das etapas regenerativas, como também a frequência, quer dizer, tornando possível ajustar a duração das etapas de regeneração essencialmente ao tempo precisado para a combustão correta e completa do particulado acumulado Macc no filtro de particulado DPF 13. Interrupção da regeneração pode acontecer, por exemplo, por meio de um sinal de PARADA, que pode forçar a interrupção da etapa de regeneração atual. Duração da etapa de regeneração é corrigida permitindo ao sistema administrar o fim da etapa de regeneração atual quando certas condições operacionais do filtro DFG 13 são detectadas durante a própria etapa de regeneração. Duração da etapa de regeneração pode portanto ser modificada enquanto a mesma etapa de regeneração está em desenvolvimento.

[0091] Em geral, a interrupção da etapa de regeneração pode ser requerida depois que um certo período de tempo decorreu, por exemplo, um período de tempo mínimo considerado empiricamente necessário para obter a combustão correta do particulado no filtro 13.

[0092] As condições que podem conduzir à interrupção da etapa de regeneração podem ser variadas, e cada uma pode permitir a interrupção da etapa de regeneração, por si mesmo, se permanecer válida durante um certo tempo, por exemplo: - a quantidade de material particulado queimado instantaneamente (dMb,r(t)) cai abaixo de um valor limite: isto indica que não há mais nenhuma combustão no filtro 13 e, portanto, uma extensão adicional da etapa de regeneração teria só o efeito de aumentar o consumo de combustível e aumentar a degradação de óleo de motor, e/ou, - uma derivada em tempo da diferença entre a temperatura a jusante do filtro T6 e a temperatura modelada T6_mod se acha abaixo de um certo valor limite e, ao mesmo tempo, a diferença entre a temperatura a jusante do filtro T6 e a temperatura modelada T6_mod não é maior do que um certo limite: isto indica que um processo exotérmico ocorre mais no filtro, desde que a temperatura a jusante do filtro de T6 está alinhada com a temperatura que o filtro teria se não houvesse nenhuma combustão de particulado dentro disto T6_mod.

[0093] Esta última condição de interromper a etapa de regeneração pode ser levada em conta devido a possíveis erros de estimação da temperatura modelada T6_mod. Se houver um erro não zero no T6_mod, por exemplo ΔT6_mod,i ou ΔT6_mod,f, a condição de interrupção baseada no cancelamento do material particulado queimado instantaneamente (dMb,r(t)) nunca ocorreria, como haveria sempre uma diferença (errada) entre a temperatura a jusante do filtro T6 e a temperatura modelada T6_mod; seria interpretado pelo modelo de combustão 102 como liberação térmica devido à oxidação de particulado.

[0094] Certamente, os detalhes de construção e as concretizações podem ser variadas amplamente com respeito àqueles descritos e ilustrados, puramente por meio de exemplo, sem por esse meio partir da extensão da invenção como definida pelas reivindicações que seguem.

Claims (11)

1. Método para controlar um sistema de motor diesel, do tipo compreendendo um filtro de particulado (13) interposto na linha de exaustão (9) do motor, e uma unidade de controle de motor eletrônica (E) para controlar uma pluralidade de injetores de combustível (2) associados com os cilindros do motor, em que, quando uma massa de particulado acumulado estimado (Macc,i) em dito filtro (13) alcança um limiar predeterminado (TH1), um modo de controle dos injetores (2) é ativado, que causa o começo de uma etapa de regeneração automática do filtro (13), por um aumento na temperatura dos gases de exaustão enviados ao filtro suficiente para queimar o particulado no filtro (13), dita massa de particulado acumulado estimado (Macc,i) sendo calculada como a soma de massas de particulado acumulado instantâneo estimado (msi) calculada de acordo com um primeiro mapa baseado em condições operacionais de motor (MP,IN), o método caracterizado pelo fato de que, durante dita etapa de regeneração, compreende: - receber valores (T6, T5, V, T_env) indicativos do estado do filtro de particulado (13), - calcular, como uma função de ditos valores indicativos do estado do filtro (13), uma massa de particulado queimado instantâneo real, - somar (Mb,r) as massas de particulado queimado instantâneo real, - calcular um fator de correção temporário como uma função de dita soma (Mb,r) de massas de particulado queimado instantâneo real e de dita soma (Macc,i) de massas de particulado acumulado instantâneo estimado (msi), o fator de correção temporário sendo representativo de um erro entre dito valor teórico (Macc,i) e dito valor real (Mb,r), - atualizar pelo menos um fator de correção (k), incluído em um segundo mapa, como uma função de dito fator de correção temporário (ktmp) e condições operacionais de motor que ocorreram durante uma etapa de acumulação, dito método adicionalmente compreendendo, durante a etapa de acumulação, multiplicar (104) dita massa de particulado instantâneo estimado (msi), calculada de acordo com dito primeiro mapa e ditas condições operacionais de motor, por um fator de correção (k) calculado de acordo com dito segundo mapa e ditas condições operacionais de motor.

2. Método de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende armazenar um valor unitário para cada fator de correção (k) em dito segundo mapa, seguindo uma reiniciação ou começo inicial da unidade de controle eletrônica (E).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de atualizar dito pelo menos um fator de correção (k) compreende multiplicar o fator de correção temporário por dito pelo menos um fator de correção (k) do segundo mapa.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende interromper a etapa de regeneração se pelo menos uma das condições seguintes for cumprida durante um dado período de tempo: - a massa de particulado queimado instantâneo real (dMb,r(t)) está abaixo de um segundo valor limite predeterminado, e/ou - uma diferença entre uma temperatura de saída de filtro (T6) e uma temperatura que o filtro teria se nenhuma combustão ocorresse (T6_mod) está abaixo de um terceiro valor limite predeterminado, e uma derivada de dita diferença se acha abaixo de um quarto valor limite predeterminado, ditas temperaturas (T6, T6_mod) estando incluídas nos valores indicativos do estado do filtro de particulado.

5. Método de acordo com reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que interromper a etapa de regeneração é possível se um período de tempo decorreu, indicativo do tempo considerado empiricamente necessário para obter a combustão de particulado no filtro (13).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende corrigir a soma (Mb,r) das massas de particulado queimado instantâneo real, somando um fator de correção (ΔM_corr) a isso, calculado como uma função da temperatura de saída de filtro (T6) e a temperatura que o filtro teria se nenhuma combustão ocorresse (T6_mod).

7. Método de acordo com reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o fator de correção (M_corr) é calculado como uma função de uma média entre as diferenças, ao começo (ΔT6_mod, i) e ao fim (ΔT6_mod,f) da regeneração, entre a temperatura de saída de filtro (T6) e a temperatura que o filtro teria se nenhuma combustão ocorresse (T6_mod).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um ou mais valores indicativos do estado do filtro de particulado são recebidos por meio de pelo menos um dos sensores seguintes: - sensor de temperatura a montante do filtro (T5), e/ou - sensor de temperatura a jusante do filtro (T6), e/ou - sensor de temperatura ambiente, e/ou, - sensor determinando a velocidade de motor, e/ou, - sensor medindo um fluxo de gases de exaustão pelo filtro (15).

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a massa de particulado queimado instantâneo real é calculada como uma função de uma potência térmica liberada pela combustão de particulado (Psoot) e um valor de aquecimento mais baixo do particulado (HL-soot), preferivelmente como a relação entre a potência térmica liberada pela combustão de particulado (Psoot) e o valor de aquecimento mais baixo do particulado (HL-soot).

10. Método de acordo com reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que dita potência térmica liberada pela combustão de particulado (Psoot) é calculada de acordo com: - valores indicativos de um aumento infinitesimal na energia interna do filtro, da potência transferida ao ar pelo filtro devido à convecção, e de uma entalpia dos gases de exaustão deixando o filtro se combustão ocorrer, e se nenhuma combustão ocorrer, durante a etapa de regeneração, preferivelmente como uma função de uma diferença de ditos valores, ou - valores indicativos de dito aumento infinitesimal da energia interna do filtro dentro do qual nenhuma combustão ocorre, de dita potência transferida ao ar pelo filtro devido à convecção, da potência térmica liberada por combustão do particulado e de uma diferença entre dita entalpia dos gases de exaustão deixando o filtro e a entalpia dos gases de exaustão entrando no filtro.

11. Sistema de motor diesel para um veículo motorizado, caracterizado pelo fato de que compreende um filtro de particulado interposto na linha de exaustão de motor, e uma unidade de controle eletrônica dos injetores de combustível associados com os cilindros de motor, configurados para executar as etapas de um método do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.