BR102022000080A2 - Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível - Google Patents

Abstract

Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível aplicável a sistemas de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão que permite a otimização da quantidade de combustível injetado em motores que podem ser propelidos tanto com gasolina pura quanto com etanol ou qualquer mistura bicombustível através do controle preciso da quantidade de calor fornecida ao combustível.

Description

MÉTODO DE GERENCIAMENTO DE INTEGRIDADE DE UNIDADE DE AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL

[0001] A presente invenção refere-se a um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível aplicável a sistemas de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão que permite a otimização da quantidade de combustível injetado em motores que podem ser propelidos tanto com gasolina pura quanto com etanol ou qualquer mistura bicombustível através do controle preciso da quantidade de calor fornecida ao combustível.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Nos últimos anos, problemas com a quantidades de poluentes emitidos (HC, CO, CO2 e particulados, entre outros) principalmente pelos motores dos carros, tem sido um grande problema para as grandes cidades. Dessa forma, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para auxiliar na redução de poluentes emitidos pelos motores de combustão interna.

[0003] A fim de mitigar a emissão de gases de efeito estufa dos automóveis e reduzir a dependência de combustíveis fósseis, várias alternativas para a substituição do motor de combustão interna estão disponíveis. No entanto, a melhor solução para esse dilema deve levar em conta as características geográficas e socioeconômicas do país, sua matriz energética, sua legislação de emissões e o impacto ambiental das emissões de carbono do combustível durante todo o seu ciclo de vida.

[0004] O Brasil tem uma forte reputação por sua frota de veículos bicombustíveis, longa experiência no uso de etanol combustível e sua rede de distribuição. Isso o diferencia de outros mercados globais e justifica uma abordagem única para a redução de emissões de aldeídos, por exemplo.

[0005] No entanto, observa-se algumas limitações no uso de motores bicombustíveis (popularmente conhecidos como motores “flex”). Para atender à demanda de utilização de dois combustíveis em um único tanque, o dimensionamento de um motor flex tende a ser intermediária, uma vez que o dimensionamento de motores monocombustíveis é diferente, dependendo do combustível etanol ou gasolina. Isso se dá porque a grande maioria dos motores bicombustíveis costumam apresentar uma única razão de compressão geométrica, que representa a proporção entre o volume aspirado somado ao volume da câmara de combustão em relação ao volume da câmara de combustão).

[0006] Em seu curso, o pistão atinge um ponto mais alto e outro mais baixo em seu deslocamento, chamados respectivamente de ponto morto superior (PMS) e ponto morto inferior (PMI).

[0007] Usualmente, o funcionamento do motor de um veículo de passeio possui quatro tempos:

• • Admissão
• • Compressão
• • Combustão
• • Escape

[0008] O efeito da taxa de compressão evidencia-se no segundo tempo - as válvulas de admissão se fecham após a injeção da mistura ar/combustível e esta é comprimida para que o processo de combustão tenha início. Dessa forma, obtém-se a razão de compressão geométrica do motor: a razão entre o volume da câmara de combustão do pistão em seu ponto morto inferior PMI (maior volume) e seu ponto morto superior PMS (menor volume).

[0009] Motores a gasolina costumam usar razões de compressão menores (normalmente entre 8:1 e 12:1), enquanto os motores movidos a etanol funcionam melhor com razões mais altas (12:1 ou até 14:1).

[0010] No entanto, antes do combustível chegar à câmara de combustão, ele percorre um caminho a partir do tanque do veículo. Esse combustível é movimentado por uma bomba de combustível e flui por dentro de dutos que transportam o combustível – primeiramente, uma mangueira e, posteriormente, um duto mais rígido e ramificado chamado galeria. As ramificações levam o combustível a ser injetado aos respectivos cilindros e é na saída dessas ramificações aonde estão posicionados os injetores de combustível.

[0011] Além disso, o impingimento de combustível na superfície do pistão ou nas paredes dos dutos de admissão podem contribuir para o aumento de partículas emitidas. Além disso, a condensação de combustível em zonas frias do motor pode resultar em combustões incompletas gerando hidrocarbonetos e monóxido de carbono (HC e CO).

[0012] Quando se fala em motores que empregam o ciclo Otto (motores tradicionalmente utilizados nos automóveis), tanto os que utilizam Port Fuel Injection (PFI) como os que funcionam com injeção direta (DI – do inglês, Direct Injection) emitem particulados acima dos limites permitidos. Dessa forma, a utilização de um filtro de partícula para motores à gasolina (cuja sigla é GPF, pois vem do inglês Gasoline Particulate Filter) tem sido recomendada para atender às novas legislações de emissões de partículas que entraram em vigor.

[0013] No entanto, mesmo com a utilização do GPF, os motores ainda podem gerar particulados acima dos limites determinados pelos órgãos oficiais de saúde, uma vez que as emissões de poluentes dependem, também, do comportamento dos motoristas quanto à forma como dirigem e da manutenção adequada dos veículos.

[0014] A unidade responsável por fornecer e controlar a potência para se aquecer o combustível é a HCU (Heating Contol Unit) e normalmente é composta por pelo menos uma placa de circuito impresso, pelo menos um transistor (também conhecido como “SmartFET”) e um microcontrolador. No entanto, quanto maior a potência demandada para aquecer o combustível, mais ação do calor a HCU sofrerá.

[0015] A incidência do calor pode ocorrer de forma estática ou através de picos, dependendo da manobra que o motorista estiver executando e da sua forma de dirigir. Para isso, as HCUs são concebidas para suportarem potências nominais e transientes.

[0016] Entretanto, a temperatura de superaquecimento (tanto contínua como em picos) podem ocorrer nos modos de operação em estado estacionário e transiente podem ocasionar fraturas nas juntas de solda, comprometendo a placa de circuito impresso. Analogamente, excesso de picos de superaquecimento também pode comprometer a placa de circuito impresso, levando-a a uma fadiga precoce.

[0017] Para minimizar os efeitos do calor, uma das técnicas mais conhecidas é o uso de bancos de resfriamento para trocar o calor da placa e dissipar o excesso de temperatura ali presente. Ou ainda, é possível distribuir as linhas de transferência de energia para evitar as regiões mais quentes da placa. No entanto, com o aumento da demanda de potência elétrica para se aquecer o combustível, nem sempre essas soluções são eficientes.

[0018] Sendo assim, é fundamental o emprego de uma metodologia que seja de extrema eficiência para proteger a HCU de picos de superaquecimento, bem como de temperaturas estáticas excessivas.

[0019] Dessa forma, a presente invenção se propõe a solucionar os problemas do estado da técnica de uma forma muito mais eficiente, visando uma proteção de forma extremamente precisa e rápida.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0020] A presente invenção tem como objetivo prover um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível que proteja a unidade de aquecimento de combustível de forma rápida e eficiente, de modo a evitar fadigas mecânicas por ação da temperatura e prolongar a sua vida útil.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0021] Visando solucionar o problema técnico apresentado e superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção tem como objetivo prover um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível dotada de

• • pelo menos uma placa de circuito impresso;
• • pelo menos um dispositivo gerador de potência;
• • pelo menos uma unidade microcontroladora;

onde a dita unidade de aquecimento de combustível está eletricamente associada a pelo menos um elemento aquecedor, caracterizado por compreender as etapas de

• • identificar pelo menos uma região máxima de calor crítica;
• • associar mecanicamente pelo menos um sensor de temperatura à região máxima de calor crítica;
• • inserir pelo menos um valor de referência de parâmetro de temperatura;
• • efetuar a medição de pelo menos um parâmetro de temperatura;
• • processar o parâmetro de temperatura medido;
• • executar uma ação.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS
Figura 1 – Exemplo de uma unidade de aquecimento de combustível.
Figura 2 – Exemplo de uma unidade de aquecimento de combustível sob efeito da ação da temperatura.
Figura 3 – Esquema de uma concretização preferencial do método objeto da presente invenção.
Figura 4 – Detalhamento do método objeto da presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0022] A temperatura de superaquecimento, tanto contínua como em picos, podem ocorrer tanto nos modos de operação estacionário e transiente e, a curto, médio e a longo prazo, podem comprometer a unidade de aquecimento de combustível (também chamada de HCU – Heating Control Unit), levando à ocorrência de fissuras, tricas e/ou fraturas nas juntas de solda, prejudicando a placa de circuito impresso, podendo inutilizá-la. Da mesma forma, o excesso de picos de superaquecimento também pode comprometer a placa de circuito impresso, levando-a a uma fadiga precoce.

[0023] Nesse sentido, visando prover um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível que proteja a unidade de aquecimento de combustível de forma rápida e eficiente, de modo a evitar fadigas mecânicas por ação da temperatura e prolongar a sua vida útil, a presente invenção descreve um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível dotada de

• • pelo menos uma placa de circuito impresso;
• • pelo menos um dispositivo gerador de potência;
• • pelo menos uma unidade microcontroladora;

onde a dita unidade de aquecimento de combustível está eletricamente associada a pelo menos um elemento aquecedor, de modo que o dito método compreende as etapas de

• • identificar pelo menos uma região máxima de calor crítica 1;
• • associar mecanicamente pelo menos um sensor de temperatura à região máxima de calor crítica 2;
• • inserir pelo menos um valor de referência de parâmetro de temperatura 3;
• • efetuar a medição de pelo menos um parâmetro de temperatura 4;
• • processar o parâmetro de temperatura medido 5;
• • executar uma ação 6.

[0024] Entende-se por unidade de aquecimento de combustível uma HCU ou qualquer outra unidade que gerencie a forma de aquecer o combustível ou qualquer outro fluido.

[0025] Entende-se como parâmetro de temperatura um valor de temperatura que pode ser medido (através de um sensor, termômetro ou similares) e que pode ser inserido, calculado ou imputado à unidade responsável pela inteligência do sistema de aquecimento de combustível.

[0026] Em uma concretização mais particular, a presente invenção descreve um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de modo que a etapa de identificar pelo menos uma região máxima de calor compreender as etapas de

• • identificar pelo menos uma região máxima de calor presente na placa de circuito impresso, no dispositivo gerador de potência e unidade microcontroladora 11;
• • efetuar a medição da temperatura na região máxima de calor presente na placa de circuito impresso, no dispositivo gerador de potência e unidade microcontroladora 12;
• • comparar os valores de medição da temperatura na região máxima de calor presente na placa de circuito impresso, no dispositivo gerador de potência e unidade microcontroladora 13;
• • determinar a região máxima de calor crítica 14.

[0027] A região máxima de calor crítica pode estar localizada em qualquer região da HCU. Mais particularmente, a região máxima de calor crítica está localizada na região interna da HCU.

[0028] Em mais uma concretização particular, esta invenção revela um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, onde a etapa de inserir pelo menos um valor de referência parâmetro de temperatura compreende as etapas de

• • inserir pelo menos um valor de referência mínimo de parâmetro de temperatura 21;
• • inserir pelo menos um valor de referência máximo de parâmetro de temperatura 22.

[0029] Em uma concretização adicional, a presente invenção descreve um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de forma que a etapa de processar o parâmetro de temperatura medido compreende as etapas de

• • comparar o parâmetro de temperatura medido com o valor de referência mínimo de parâmetro de temperatura 51;
• • comparar o parâmetro de temperatura medido com o valor de referência máximo de parâmetro de temperatura 52.

[0030] Tais comparações têm como objetivo saber se é necessária uma tomada de ação preditiva ou imediata para proteger a HCU.

[0031] A presente invenção também descreve um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, onde a etapa de executar uma ação compreende uma ação entre

• • permanecer fornecendo uma quantidade de potência inicial 61;
• • fornecer uma quantidade de potência inferior à quantidade de potência inicial 62;
• • interromper o fornecimento de potência 63.

[0032] Nesse sentido, a ação de fornecer uma quantidade de potência inferior à quantidade de potência inicial 62 compreende uma ação preditiva, pois não deixa de fornecer energia para que o sistema de aquecimento de combustível ainda cumpra com o seu papel de fornecer combustível aquecido ao sistema de injeção. Dessa mesma forma, a ação de interromper o fornecimento de potência 63 compreende uma ação imediata.

[0033] Adicionalmente, a presente invenção descreve um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de modo que a ação de interromper o fornecimento de potência compreende a ação de desabilitar o elemento aquecedor.

[0034] A determinação da potência de acordo com a temperatura e vazão do combustível no instante atual e de acordo com os dados do motor no instante atual deve ser efetuada por um dispositivo ou unidade de controle de processamento de parâmetros do veículo, que é responsável preferencial pela inteligência do motor como um todo. Essa unidade de controle pode compreender tanto a ECU (Eletronic Control Unit – responsável por gerenciar eletronicamente todo o funcionamento do motor) já presente no veículo, como ainda pode compreender uma unidade exclusiva e dedicada apenas ao sistema de aquecimento de combustível.

[0035] Dessa forma, cumpre-se notar que, conforme descritivo acima, a presente invenção cumpre o seu objetivo de prover um método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível que proteja a unidade de aquecimento de combustível de forma rápida e eficiente, de modo a evitar fadigas mecânicas por ação da temperatura e prolongar a sua vida útil para que o sistema de aquecimento de combustível continue fornecendo energia para que o sistema de aquecimento de combustível ainda cumpra com o seu papel de fornecer combustível aquecido ao sistema de injeção.

[0036] Assim sendo, a presente invenção também cumpre o papel de viabilizar o aumento da potência extraída do motor associada com menor consumo de combustível e consequente redução de gases poluentes por parte dos motores.

Claims (6)

1. Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível dotada de

   • • pelo menos uma placa de circuito impresso;
   • • pelo menos um dispositivo gerador de potência;
   • • pelo menos uma unidade microcontroladora;

   onde a dita unidade de aquecimento de combustível está eletricamente associada a pelo menos um elemento aquecedor, caracterizado por compreender as etapas de

   • • identificar pelo menos uma região máxima de calor crítica (1);
   • • associar mecanicamente pelo menos um sensor de temperatura à região máxima de calor crítica (2);
   • • inserir pelo menos um valor de referência de parâmetro de temperatura (3);
   • • efetuar a medição de pelo menos um parâmetro de temperatura (4);
   • • processar o parâmetro de temperatura medido (5);
   • • executar uma ação (6).
2. Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de identificar pelo menos uma região máxima de calor compreender as etapas de

   • • identificar pelo menos uma região máxima de calor presente na placa de circuito impresso, no dispositivo gerador de potência e unidade microcontroladora (11);
   • • efetuar a medição da temperatura na região máxima de calor presente na placa de circuito impresso, no dispositivo gerador de potência e unidade microcontroladora (12);
   • • comparar os valores de medição da temperatura na região máxima de calor presente na placa de circuito impresso, no dispositivo gerador de potência e unidade microcontroladora (13);
   • • determinar a região máxima de calor crítica (14).
3. Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de inserir pelo menos um valor de referência parâmetro de temperatura compreender as etapas de

   • • inserir pelo menos um valor de referência mínimo de parâmetro de temperatura (21);
   • • inserir pelo menos um valor de referência máximo de parâmetro de temperatura (22).
4. Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de processar o parâmetro de temperatura medido compreende as etapas de

   • • comparar o parâmetro de temperatura medido com o valor de referência mínimo de parâmetro de temperatura (51);
   • • comparar o parâmetro de temperatura medido com o valor de referência máximo de parâmetro de temperatura (52).
5. Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de executar uma ação compreender uma ação entre

   • • permanecer fornecendo uma quantidade de potência inicial (61);
   • • fornecer uma quantidade de potência inferior à quantidade de potência inicial (62);
   • • interromper o fornecimento de potência (63).
6. Método de gerenciamento de integridade de unidade de aquecimento de combustível, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a ação de interromper o fornecimento de potência compreende a ação de desabilitar o elemento aquecedor.

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