BR102018077407A2

BR102018077407A2 - método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel

Info

Publication number: BR102018077407A2
Application number: BR102018077407-7A
Authority: BR
Inventors: Eduardo Lemos Junior; Bruno Viana Contin Hunger; Anderson Cortez Gonsalves; Avelino Elias Martins De Souza
Original assignee: Robert Bosch Limitada
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-07
Also published as: AR117332A1; WO2020132727A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico, o método compreendendo as etapas de: i. coletar valores de resistência com base nos valores de rotações por minuto, temperatura e tempo de energização, para cada ciclo e em cada bomba do sistema; ii. gerar um mapa de valores de resistência com base nos valores coletados na etapa i; iii. medir a resistência entre os perfis de corrente para cada ciclo, em cada bomba do sistema; iv. comparar o valor da resistência medida na etapa iii com um valor de resistência no mapa de valores gerado na etapa ii; v. corrigir o tempo de energização com base na comparação do valor da resistência da etapa iv para cada ciclo, em cada bomba do sistema; vi. repetir as etapas i a v durante a operação do sistema.

Description

MÉTODO PARA INJEÇÃO OTIMIZADA DE COMBUSTÍVEL EM SISTEMAS DE BOMBAS DE COMBUSTÍVEL DIESEL

[001] A presente invenção refere-se a área tecnológica de injeção de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, mais especificamente um método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] O mundo da injeção de diesel é um mundo de superlativos. A agulha da válvula de um bico de injeção de um veículo comercial por exemplo, abrirá e fechará mais de um bilhão de vezes no curso de sua vida útil. Ela fornece uma vedação confiável a pressões de até 2.200 bar e tem que suportar muitas outras tensões, tais como: os choques causados pela abertura e fechamento rápidos, sendo que nos carros de passageiros isso pode acontecer com frequência de 10.000 vezes por minuto se houver fases pré e pós-injeção, tem ainda que suportar as tensões relacionadas ao alto fluxo durante a injeção de combustível, e a pressão e a temperatura da câmara de combustão.

[003] A pressão na câmara de injeção pode ser tão alta quanto 2200 bar, e a duração da injeção é de 1 a 2 milissegundos. Ademais, as quantidades de combustível injetado em um motor de carro variam entre 1 mm3 na pré-injeção e 50 mm3 na quantidade de combustível injetado de carga total; em um veículo comercial entre 3 mm3 na pré-injeção e 350 mm3 em carga total. Essa quantidade de combustível é forçada a uma velocidade de 2000 km/h através de uma abertura inferior a 0,25 mm2 no espaço de apenas 2 milissegundos.

[004] Portanto, resta claro que essa tecnologia de alta precisão exige uma enorme experiência em desenvolvimento, materiais, produção e equipamentos de medição.

[005] Nos motores de combustão atuais, a injeção de combustível é controlada por um sinal elétrico da unidade central eletrônica (ECU) dos veículos. As bombas e injetores de alta pressão a diesel possuem um solenoide que recebe essa corrente elétrica e aciona uma válvula eletromagnética, criando uma restrição de fluxo que consequentemente define a quantidade e a duração da injeção.

[006] Para a unidade de bomba e para a unidade de injeção, foi desenvolvida uma função de ECU que compensa essa variação de fechamento (válvula aberta → válvula fechada), chamada de "correção BIP".

[007] Assim, para cada ciclo, monitorando a corrente elétrica, a UCE detecta o momento exato em que a válvula fecha e ajusta o período de fechamento para compensar qualquer antecipação ou atraso durante o período de fechamento. Esta função garante que a válvula de controle permaneça com a mesma duração fechada (mesmo período de restrição) e, consequentemente, melhorando a repetibilidade da saída da bomba (entre a bomba e o mesmo tempo de sobrevoo da bomba).

[008] Embora a "correção do BIP" compense a antecipação ou o atraso do fechamento, observou-se que a antecipação / atraso da abertura ainda tem considerável influência na produção. Além disso, esta variação de abertura é fortemente dependente da resistência do solenoide, que é dependente da temperatura da bobina (bomba, motor e ambiente). Isso significa que a atuação elétrica das bombas de alta pressão (UP e UI) é dependente da temperatura (bomba, motor e ambiente) e afeta a principal função destes produtos, a quantidade de combustível injetado. Atualmente, este fenômeno é parcialmente compensado durante a calibração do motor com alguns fatores de correção baseados em toda a temperatura do motor.

[009] Neste tocante, é possível notar que ainda não existe um método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0010] O propósito da presente invenção é obter um método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico.

[0011] Com efeito, a presente invenção tem como objetivo prover um método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico, o método compreendendo as etapas de:

i. coletar valores de resistência com base nos valores de rotações por minuto, temperatura e tempo de energização, para cada ciclo e em cada bomba do sistema;
ii. gerar um mapa de valores de resistência com base nos valores coletados na etapa i;
iii. medir a resistência entre os perfis de corrente para cada ciclo, em cada bomba do sistema;
iv. comparar o valor da resistência medida na etapa iii com um valor de resistência no mapa de valores gerado na etapa ii;
v. corrigir o tempo de energização com base na comparação do valor da resistência da etapa iv para cada ciclo, em cada bomba do sistema;
vi. repetir as etapas i a v durante a operação do sistema.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS

[0012] A invenção é pormenorizada abaixo pela descrição de uma concretização preferida, exemplificada pelas figuras, nas quais:

[0013] - a figura 1 é uma ilustração em perspectiva da instalação de um sistema de injeção em um motor a diesel;

[0014] - a figura 2 é uma vista em corte do sistema de injeção ilustrando o desenho de uma unidade bomba para veículos comerciais;

[0015] - a figura 3 é uma vista em corte de uma parte da bomba ilustrando seu princípio de funcionamento;

[0016] - a figura 4 é um gráfico da variação de combustível injetado na condição atual;

[0017] - a figura 5 é um gráfico com o comportamento do perfil de corrente em bombas unitárias do estado da técnica, que não utilizam o método objeto da presente invenção;

[0018] - a figura 6.1 é um gráfico do perfil/duração da energização da válvula e o comportamento do controle de injeção atualmente utilizado em bomba unitárias;

[0019] - a figura 6.2 é um gráfico que ilustra a relação do intervalo de tempo após a bomba parar de ser energizada, sem a função para compensação de temperatura;

[0020] - a figura 7.1 é um gráfico do perfil/duração da energização da válvula e o comportamento do controle de injeção, utilizando o método objeto da presente invenção;

[0021] -a figura 7.2 é um gráfico que ilustra a relação do intervalo de tempos após a bomba parar de ser energizada, após a compensação do perfil/duração da energização da válvula, utilizando o método objeto da presente invenção;

[0022] - a figura 8 ilustra o momento que ocorre a medição da resistência;

[0023] - a figura 9 ilustra o método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0024] Se a antecipação ou atraso na abertura da válvula de controle puder ser especificamente compensada para cada bomba e para cada temperatura, como já é feito para o atraso de fechamento, a compensação de temperatura na injeção teria um controle mais preciso, em comparação com a calibração padrão do motor, uma injeção mais precisa sob diferentes condições de operação do motor em diferentes temperaturas.

[0025] Uma função que detecta a variação da resistência da solenoide, que reflete a variação do temperatura, poderia compensá-lo ajustando o sinal de corrente elétrica. A consequência final deste monitoramento da resistência do solenoide e do ajuste da corrente elétrica seria uma quantidade injetada estável, independente da temperatura de operação.

[0026] Comparando o atraso de abertura de cada ciclo com um valor de referência, a compensação deve acontecer na próxima atuação, por uma variação da duração da energização, como ilustrado na figura 7.

[0027] A figura 1 por sua vez, é uma ilustração da instalação de um sistema de injeção em um motor a diesel onde é possível verificar o suporte escalonado do injetor 1, a câmara de combustão 20, a bomba unitária 30, o eixo comando 13 do motor, o encaixe de pressão 2, a linha de alta pressão 3, a válvula solenoide 70, a mola de retorno 23 e o rolo excêntrico 9, componentes estes já montados no motor

[0028] A figura 2 ilustra o desenho de uma unidade bomba para veículos comerciais onde é possível claramente identificar: um suporte escalonado do injetor 1 ou "stepped nozzle holder", um encaixe de pressão 2 ou "pressure fitting", uma linha de alta pressão 3 ou "high-pressure line", um conector 4, um limitador de curso 5 ou "lift stop", uma agulha de válvula solenoide 6, uma placa ou prato 7, uma carcaça da bomba 8, uma câmara de alta pressão 9 ou câmara do elemento, um êmbolo da bomba 10, parte do bloco do motor 11, um pino de catraca 12 ou "roller-tapped pin", um eixo comando 13, um assento da mola 14, uma mola de válvula solenoide 15, uma carcaça de válvulas 16 com bobina e núcleo magnético, uma placa de assento de válvula 17, uma placa intermediária 18, um selo 19, uma linha de fornecimento de combustível 20, uma linha de retorno de combustível 21, um êmbolo de bomba 22 com dispositivo de retenção, uma mola de retorno 23 ou "tappet spring", um corpo do excêntrico 24 ou "tapped body’, um assento de mola 25, um eixo de excêntrico 26 ou "roller tapped" e um rolo excêntrico 27 ou "tappet roller".

[0029] A figura 3 ilustra a parte superior da bomba 30 mostrando seu princípio de funcionamento em que é possível verificar a agulha 6 na posição aberta, parcialmente aberta e fechada em relação ao limitador de curso 5 e é ainda possível verificar a câmara de alta pressão 9, a carcaça de válvulas 16 com bobina e núcleo magnético, a mola de válvula solenoide 15.

[0030] Como pode ser visto na figura 4, que mostra um gráfico da variação de combustível injetado por uma bomba unitária 30 na condição atual, onde ainda não há a medição da resistência, com base nas rotações por minuto "RPM", na temperatura e do tempo de energização, a quantidade injetada decresce no decorrer do tempo após se interromper a energização.

[0031] A figura 5 ilustra por sua vez um gráfico com o comportamento do perfil de corrente a partir do momento que a energização é interrompida e na sequência é ilustrado um segundo gráfico considerando um intervalo/delta de tempo enquanto a corrente decresce até praticamente atingir o ponto sem nenhuma corrente. Isto é importante por conta de possibilitar uma análise de quanto tempo de energização de válvula a menos se deve ter, de modo a compensar o tempo de injeção.

[0032] No mais, especificamente em relação às figuras 6.1 e 6.2, elas ilustram o perfil/duração da energização da válvula e o comportamento do controle de injeção atualmente utilizado em bombas unitárias. Ademais, e conforme pode ser visto na figura 6.1, o perfil/duração da energização da válvula é uma variável que depende do sinal da corrente elétrica, em relação ao tempo, sendo que durante o ciclo de injeção e enquanto a função de detecção do BIP está atuando e, portanto, controlando a entrada de combustível na bomba, o tempo de energização da válvula possibilita o ajuste da quantidade injetada na bomba.

[0033] Entretanto, a partir do momento que a função de detecção do BIP não está atuando, o perfil/duração da energização da válvula afeta a entrega de combustível da bomba, em outras palavras, o delta de tempo interfere na resistência, que por sua vez interfere no tempo de fechamento da válvula, ou ainda que a temperatura da bobina solenoide sofre influência do passo descontrolado, tal como pode ser visto na relação a seguir.
∆ temperatura [°C] → ∆ resistência [mΩ] → ∆T [μs]

[0034] Corroborando com este efeito, e como pode ser visto na figura 6.2, quando considerado apenas a saída de combustível da bomba, a relação é ainda mais clara, uma vez que com um tempo maior de resposta da válvula, consequentemente há uma quantidade de combustível injetada, sendo que essa quantidade é maior do que a desejada, fazendo com que combustível seja desperdiçado, tal como pode ser reforçado através da relação a seguir.
∆ T [μs] → ∆ Resposta da válvula [μs] → ∆ entrega [mm3]

[0035] As figuras 7.1 e 7.2 ilustram gráficos onde a correção da injeção de combustível com base na com base nas rotações por minuto "RPM", na temperatura e do tempo de energização, melhoram significativamente o desperdício de injeção de combustível, em se compensando o tempo de energização da válvula com base nos parâmetros mencionados.

[0036] De outro modo, as figuras 6.1, 6.2, 7.1 e 7.2 ilustram respectivamente o comportamento de saída de combustível da bomba sem e com função para compensação de temperatura, isso com base na medição da resistência e ajuste do sinal elétrico. Com isso é possível identificar o método objeto da presente invenção através da medição da resistência elétrica durante o funcionamento da bomba e ajuste do sinal elétrico, para um valor de resistência.

[0037] Em uma concretização preferencial o método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico, o método compreendendo as etapas de:

[0038] Ademais, o método permite coletar os valores de resistência em tempo real e geralmente em um intervalo de tempo compreendido entre 0,35 e 0,5 mili segundos, isto considerando cada ciclo e em cada bomba do sistema.

[0039] No tocante às informações contidas no mapa, que possibilitam a comparação e a correção, se necessário da energização, este contém o histórico de todas as informações de rotações por minuto, temperatura e tempo de energização geradas por cada ciclo, em cada bomba do sistema.

[0040] Adicionalmente, cumpre notar que a resistência é somente medida após a interrupção do sinal de corrente elétrica, para então ser comparada com valores de resistência do mapa e, somente então o tempo de fechamento da válvula é corrigido, ou seja, a correção do tempo de energização com base na comparação dos valores da resistência medida e da resistência do mapa de valores, acontecer no próximo ciclo, em cada uma das bombas.

[0041] Em uma concretização alternativa da presente invenção, a correção do tempo de energização da válvula solenoide se dá somente pelo valor da resistência medida em cada uma das bombas, através da temperatura, e a correção do tempo de energização da válvula solenoide garantindo uma variação de quantidade de combustível injetada compreendida entre 3 e 4 mm2.

[0042] Não obstante, e conforme pode ser visto na figura 8, a medição da resistência ocorre entre os perfis de corrente, em cada ciclo e em cada bomba.

[0043] Por fim, muito embora a primeira aplicação para o método objeto da presente invenção, exemplificada neste relatório descritivo, é como função do ECU utilizado no sistema de unidade de bomba e na unidade de injeção, a função de correção apresentada pela presente invenção pode ser aplicada em qualquer produto que possua uma válvula eletromagnética acionada por um sinal elétrico e sem controle adicional após o desligamento do comando.

[0044] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

Método para injeção otimizada de combustível em sistemas de bombas de combustível diesel, pelo ajuste da abertura da válvula eletromagnética, através da compensação do tempo de abertura em um circuito elétrico, o método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
- i. coletar valores de resistência com base nos valores de rotações por minuto, temperatura e tempo de energização, para cada ciclo e em cada bomba do sistema;
- ii. gerar um mapa de valores de resistência com base nos valores coletados na etapa i;
- iii. medir a resistência entre os perfis de corrente para cada ciclo, em cada bomba do sistema;
- iv. comparar o valor da resistência medida na etapa iii com um valor de resistência no mapa de valores gerado na etapa ii;
- v. corrigir o tempo de energização com base na comparação do valor da resistência da etapa iv para cada ciclo, em cada bomba do sistema;
- vi. repetir as etapas i a v durante a operação do sistema.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coleta dos valores de resistência ocorre em tempo real e um intervalo de tempo compreendido entre 0,35 e 0,5 mili segundos, para cada ciclo e em cada bomba do sistema.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do mapa conter todas as informações de rotações por minuto, temperatura e tempo de energização geradas por cada ciclo, em cada bomba do sistema.
Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da medição da resistência ocorrer entre os perfis de corrente em cada ciclo e em cada bomba.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a resistência ser medida após a interrupção do sinal de corrente elétrica, para então ser comparada com valores de resistência do mapa e, somente então o tempo de fechamento da válvula é corrigido.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da correção do tempo de energização com base na comparação dos valores da resistência medida e da resistência do mapa de valores, acontecer no próximo ciclo, em cada uma das bombas.
Método de acordo a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato da correção do tempo de energização da válvula solenoide se dar somente pelo valor da resistência medida em cada uma das bombas, através da temperatura.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato da correção do tempo de energização da válvula solenoide garantir uma variação de quantidade de combustível injetada compreendida entre 3 e 4 mm2.