BR112012005586B1 - método para predição do regime de rotação de um virabraquim de motor em fase final de rotação e uso do referido método para predição do regime de rotação de um virabrequim de motor em fase final de rotação - Google Patents
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Abstract
método para predição do regime de rotação de um virabrequim de motor em fase final de rotação e uso do referido método para predição do regime de rotação de um virabrequim de motor em fase final de rotação a invenção refere-se a um método para predição da velocidade de rotação de um virabrequim (2) de um motor (1) na fase final de rotação para que a atual velocidade de rotação (n) do virabrequim seja determinada e registrada por um percurso de posição angular (t) do virabrequim (2), referido percurso sendo definido por uma primeira e segunda posições angulares; uma constante (co) sendo determinada na base das atuais velocidades determinadas pelas primeira e segunda posições angulares, e uma velocidade de rotação predicada (n) sendo determinada por uma terceira posição angular, que não é incluída no percurso (t), baseada na constante e velocidade atual (n) que é determinada por uma quarta posição angular incluída no referido percurso e de modo que o espaçamento entre as terceira e quarta posições angulares seja um múltiplo maior ou igual que o referido percurso. a invenção também refere-se ao uso do método para predizer o cilindro de parada.
Description
“MÉTODO PARA PREDIÇÃO DO REGIME DE ROTAÇÃO DE UM VIRABREQUIM DE MOTOR EM FASE FINAL DE ROTAÇÃO E USO DO REFERIDO MÉTODO PARA PREDIÇÃO DO REGIME DE ROTAÇÃO DE UM VIRABREQUIM DE MOTOR EM FASE FINAL DE ROTAÇÃO”
A presente invenção reivindica a prioridade do Pedido de Patente Francês No. 0956536 requerido em 23 de Setembro de 2009 cujo conteúdo (texto, desenho e reivindicações) é ora incorporado por referência.
A presente invenção se refere ao campo dos motores à combustão interna, e mais particularmente à determinação antecipada do regime de rotação em fase de parada do motor.
Traçado da tecnologia anterior
A fim de conhecer e seguir a posição de cada um dos cilindros em um ciclo, os computadores eletrônicos dispõem principalmente de informações fornecidas por dois sensores, que caracterizam respectivamente a rotação do virabrequim do motor (se refere então ao sensor do regime) e potencialmente a rotação de ao menos um eixo excêntrico (se refere agora o sensor da posição AAC ou eixo excêntrico).
No curso do ciclo de um motor a 4 tempos, o virabrequim efetua 2 voltas, sendo uma rotação de 720°. Por razões de clareza, conforme o uso, nós concluímos que um ciclo começa à 0o do ângulo do virabrequim no início de uma fase de compressão de um cilindro dado e terminando à 720° ao final da fase de admissão desse mesmo cilindro.
O volante motor, solidário ap virabrequim do motor, é provido em sua periferia de um conjunto de dentes, chamado alvo, em relação aquele que onde está posicionado o sensor do regime. Ele libera uma tensão alternativa em nichos (espaços de tempo), apresentando frentes elétricas ascendentes e de frentes elétricas descendentes, e cuja freqüência varia com o regime do motor. Tipicamente, o volante motor poderá apresentar, por exemplo, 58 dentes e duas lacunas (ou seja, um conjunto de dentes de 60 dentes e 2 ausentes). O sensor irá detectar essas lacunas trazendo assim uma informação sobre a posição do virabrequim e a velocidade de rotação do regime do motor.
É conhecido determinar o regime motor instantaneamente a partir a medição de uma duração interdente, melhor dizendo, o tempo separando duas frentes
2/11 ascendentes ou duas frentes descendentes. O conhecido do regime motor poderá ser utilizado vantajosamente em diversos controles ou comandos do motor como a melhora na partida do motor à combustão interna por exemplo para controlar o cilindro de parada, em particular nos veículos automotivos equipados de um automatismo iniciar/parar.
No entanto, o comando ou o controle em questão não poderá ser evidentemente implementado sem ter-se conhecimento do regime motor, que poderá ser embaraçoso para responder os problemas de veículos automotivos equipados de um automatismo iniciar/parar utilizando um motor de arranque.
A invenção visa resolver um ou vários desses inconvenientes. A invenção referese assim à um método de predição (previsão) do regime de rotação de um virabrequim de motor à combustão interna em fase final de rotação, caracterizado por:
- se determinar e registrar o regime de rotação real do virabrequim nas posições angulares do referido virabrequim para uma gama de posições angulares do virabrequim delimitadas por uma primeira posição angular e uma segunda posição angular correspondente às oscilações periódicas angulares de diminuição da velocidade de rotação do virabrequim;
- se determinar uma constante em função da variação dos formatos dos regimes reais determinados pelas primeira e segunda posições angulares;
- se determinar um regime previsto da rotação do virabrequim para uma terceira posição angular do virabrequim, não compreendida na gama de posições angulares do virabrequim, em função da constante e do regime real determinado à uma quarta posição angular compreendida na referida gama e sendo a variação entre as terceira e quarta posições angulares igual à referida gama ou sendo um múltiplo dela.
Se utiliza assim a medida do regime real medida em uma gama dada da posição angular para prever uma posição angular e vinda do virabrequim.
Além disso, a invenção poderá compreender uma ou várias das seguintes características:
- De preferência, a segunda posição angular correspondendo à posição ao instante presente do virabrequim que é a última posição angular para que se possa determinar um regime real;
3/11
- Em uma variante onde o motor compreende quatro cilindros, a gama de posições angulares do virabrequim é vantajosamente de 180°, 360° ou 720°, o que corresponde respectivamente à uma fase motor, uma rotação motor, um ciclo motor. A gama é representativa da periodicidade dos torques de parte das fases de admissão, compressão, distensão e escapamento do motor e da defasagem dos cilindros. De preferência a gama de posições angulares do virabrequim é de 360° para ter uma melhor precisão de predição do regime;
- Em uma variante onde o motor compreende três cilindros, a gama é de 240° ou de 720°, em razão da defasagem dos cilindros;
- Em uma variante onde o motor compreende seis cilindros, a gama sendo de 120°, 240° ou de 720°, em razão da defasagem dos cilindros;
- O virabrequim sendo solidário em rotação de uma roda dentada compreendendo dentes servindo à determinar a posição angular do referido virabrequim, a largura angular entre cada dente sendo de 6o, o regime previsto da rotação do virabrequim para a terceira posição angular do virabrequim sendo determinada em função do regime real se aplicando a seguinte equação;
V 6 na qual:
A e B são variáveis como:
A A n sendo o índice do dente reparando a segunda posição angular do virabrequim, n + d sendo o índice do dente reparando a terceira posição angular do virabrequim, n - T + B sendo o índice reparando a quarta posição do virabrequim e INT sendo a função da fração inteira.
Se terá assim uma formulação geral no caso de uma roda dentada clássica de 58 dentes e duas lacunas, ou seja de um conjunto de dentes de 60 dentes cuja 2 ausências, seja um dente para reparar 6o de rotação do virabrequim.
O método compreende ainda as seguintes etapas:
- se determina o regime previsto para o dente do índice n+1;
4/11
- se calcula, à partir do regime para o dente do índice n+1, um tempo interdentes,
- se incrementa um contador de tempo do tempo inter-dente calculado;
- se as precedentes etapas nos dentes dos índices seguintes contanto que o valor do contador de tempo seja inferior à um tempo fixado;
- se determina um regime previsto para o tempo fixado, por interpelação entre os regimes previstos para os dois últimos índices.
Isso permite se conhecer antecipadamente o regime que virá após um tempo determinado e permitindo antecipar as ações de controle motor.
Além disso, a invenção tem ainda por objetivo, o uso do método da invenção para a predição do cilindro de parada de um motor à combustão interna, caracterizado por a terceira posição angular do virabrequim correspondente à um ponto morto de alta combustão. A estimativa do regime para as posições angulares do virabrequim correspondentes à um ponto morto de alta combustão, agora nomeado combustão PMH, permite com efeito determinar a última PMH para o qual o regime não será nulo, e se deduzir o cilindro em compressão correspondente ao designado como cilindro de parada.
Para uma melhor compressão da invenção, referência será feita à mesma, com relação aos desenhos em anexo, apresentados em caráter exemplificativo e não limitativo, nos quais:
- A Figura 1 é uma representação esquemática de um motor à combustão interna 1;
- A Figura 2 é um diagrama mostrando a fase final de rotação do virabrequim;
- A Figura 3 ilustra o método de predição do regime motor em um ângulo fixado;
- A Figura 4 ilustra o método de predição do regime motor em um tempo fixado;
- A Figura 5 ilustra o método de predição do cilindro de parada.
A Figura 1 mostra esquematicamente um motor à combustão interna 4 compreendendo um virabrequim 2. O motor à combustão interna é equipado com um dispositivo 3 para determinar a posição de rotação do virabrequim 2. Esse dispositivo compreende uma roda dentada 4, um sensor 5 do regime ligado à uma unidade de comando eletrônico 6 também denominado ECU. A roda dentada 4 é ligada solidariamente na rotação do virabrequim 2 para que quando o motor à combustão interna 1 funcione, a roda dentada 4 gire em relação ao
5/11 motor 1. A periferia da roda dentada 4 compreende dentes 7 correspondendo à uma largura de 3o e dois dentes sendo separados por um vão 8 de uma largura angular de 3o. Em uma parte da periferia, se tem suprimido dois dentes vizinhos 7 para ter um intervalo de dentes aumentado chamado espaçamento 9. A cada passagem entre um dente 7 e um vão ou para o espaçamento 9, se tem um flanco de dente 10. O ECU 6 compreende meios de cálculos e de memorização necessários à determinação do regime motor real e do regime motor previsto de acordo com a invenção.
Se define como a duração inter-dente, tid, o tempo separando duas frentes idênticas sucessivas. As frentes poderão ser ascendentes 12 ou descendentes
13. Um regime dito instantâneo ou real N exprime em grau/segundo podendo então ser estimado pela seguinte relação:
N = 6 (1) tid
O sensor 5 é um sensor para o efeito Hall montado de maneira fixa com relação ao motor à combustão interna 1. O sensor 5 captura a sucessão de dentes 7 e dos intervalos dos dentes 9 ou do espaçamento 9 que passam diante dele e gerando um sinal elétrico espaçado 11, apresentando frentes elétricas ascendentes 12 e frentes elétricas descendentes 13 cuja freqüência varia com o regime N de rotação do motor.
De acordo com a invenção, nos poderemos prever, ao curo de uma fase final da rotação do virabrequim de um motor à combustão interna, o regime motor se utilizando uma informação baseada na diferença entre um regime instantâneo atual ao quadrado e os regimes instantâneos anteriores ao quadrado. Se entende pela expressão « fase final de rotação » o período que segue uma parada do funcionamento do motor à combustão interna 1 devido à um corte pelo ECU 6 da injeção e de ignição.
A Figura 2 mostra a fase final da rotação do virabrequim 2 do motor à combustão interna 1 sob a forma de um diagrama dando a variação do regime N em função do ângulo Θ do virabrequim 2. A Figura 2 mostra que durante a fase final de rotação da velocidade da rotação N do virabrequim 2 diminui. Com efeito, o motor à combustão interna 1 não fornece energia e os cortes dos binários devidos às forças de fricção, mas não somente, de opõem à rotação do
6/11 virabrequim 2 do motor 1 e diminuindo a velocidade de rotação N do virabrequim 2. A Figura 2 mostra ainda que a diminuição da velocidade de rotação N do virabrequim não é monótona, mas apresenta oscilações periódicas angulares, ou seja na gama T de posições angulares. Com efeito, essas oscilações são devidas ao fato de certas perdas binárias tais como essas gerada pelos esforços de admissão, de compressão, de relaxamento e de escapamento que são periódicos em função de defasagem entre os ciclos motor de cada cilindro do motor.
A invenção será melhor compreendida à partir da seguintes demonstração:
O princípio fundamental da dinâmica aplicada às rotações nos informa: 4·^=Σθ(β(0) (2)
Com:
- J: o momento de inércia dos elementos do motor ligados à roda dentada 4,
- 0(t) o ângulo do virabrequim 2 em função do tempo,
- ^C(9(t)) : em fase final de rotação motor, a soma das perdas binárias responsáveis da parada na rotação do motor.
Se multiplicando cada termo da relação (2) pelo regime N também determinado pela seguinte relação:
Vindo:
M>de(t) ~ dt (3) cMt» dt dt2 dt (4)
Se precedendo à uma integração da relação (4) entre um primeiro instante ti e um segundo instante t2, com 0, o ângulo do virabrequim elevado ao instante t-i, tal como :
(5)
9(ti) = θ1
Et02, o ângulo do virabrequim elevado à um segundo instante t2, tal como:
0(t2) = 02 (6) vindo então:
Ou ainda:
7/11 j fder .. [frííúh j . . J e> |_V ·-*. Je· .
(8)
Se remarca então sabiamente que a relação (9) é particularmente vantajosa quando o espaçamento entre θι e 02 é de 180°, 360° ou 720°.
De preferência então, a gama T será de 360°, para ter uma melhor precisão de predição do regime.
Assim, em razão da periodicidade angulas das perdas binárias, o segundo termo da relação (9) é vantajosamente uma constante Co então poderá se escrever:
| Ν2θι+τ - Ν2θι | = Ν2θ2-τ ~ Ν2θ2 = Co (10)
Se considera que a largura angular entre cada dente 7 da roda 4 dentada será de 6o, se podendo portanto indicar a relação (1) em função do número j de dentóS: N2 -Nf = C, é ' (11)
Onde j indica um dente qualquer, Se tem então a possibilidade de prever de acordo com uma primeira maneiro do regime do motor para um ângulo determinado do virabrequim 2 de acordo com uma segunda maneira para um tempo fixo.
O processo para prever um regime motor para um ângulo determinado do virabrequim 1, ou seja de um número de dentes d determinado da roda dentada 4 é o seguinte:
- Se determina e se registra o regime de rotação real do virabrequim 2 às posições angulares do referido virabrequim para uma gama T de posições angulares do virabrequim 2 delimitado por uma primeira posição angular e uma segunda posição angular. Para tal, se efetua um registro das durações interdente, t,d, para o período T considerado, o número de registros e portanto em nosso exemplo, as trinta últimas durações inter-dente, tjd, sendo um registro em uma gama de 180°. De preferência, aqui a segunda posição angular corresponde portanto à posição do instante presente do virabrequim 2.
A Figura 3 apresenta uma seta plena do período angular T registrado e indicando na seta descontínua a variação do regime de rotação a vir. Se determina para cada duração inter-dente, tjd, o regime de rotação real pela rotação (1). Os valores dos regimes reais são memorizados pelo ECU 6 para seu uso vindo a seguir do processo;
8/11
- Se determina a constante Co em função do espaçamento dos quadrados dos regimes reais determinados pelas primeira e segunda posições angulares, ou seja pela diferença entre o regime instantâneo para o quadrado do primeiro registro e o regime instantâneo para o quadrado do último registro;
- Se determina um regime previsto N de rotação do virabrequim 2 para uma terceira posição angular do virabrequim 2, não compreendida na gama T de posições angulares do virabrequim 2, em função da constante Co e do regime real N determinado à uma quarta posição angular compreendida na referida gama T e o referido espaçamento entre as terceira e quarta posições angulares sendo um múltiplo superior ou igual à referida gama (T). Com efeito, o regime previsto N é determinado na base de uma fórmula geral cuja expressão será agora demonstrada:
Para necessidades de ilustração e como ilustrado na Figura 3 se atribui ao último registro o índice η. O primeiro registro tem portanto o índice (n-T/6).
Pesquisando para prever o regime d do dente após o último registro, se poderá encontrar:
N2 -N2 =C„ N„..I+d (12)
Seguindo a demonstração, a fim de distinguir os valores de regime determinados à partir dos tempos inter-dentes daqueles nào conhecido e portanto a serem previstos, se notara N sendo os primeiros e N sendo os segundos.
Assim para 0 < d < T/6, por exemplo, para d = 20 (ver na Figura 3), a relação deverá ser:
^+20^=G°· (13) ···
Sendo:
(14) δ
Para T/6 < d < 2T/6, se terá por exemplo para d = 50 (ver na Figura 3), a relação (12) deverá ser:
Co= N2 T „ n~+20
-2C0
Nítso =Ν2 τ .ο -Go =Nz+2D.”C0 - Ν \
Para 2Τ/6 < d < 3Τ/6, se terá por exemplo para de = 80 (ver na Figura 3), a lz r n-—+20 6
-Go (15) relação (12) deverá ser:
Νη+β0 - N2 γ - Co “ ,Ν^+50 Go - Νέ · η—^+00 h-~+20 •2C0 — Co =N2 ·τ· — 3C0
Π——+20 β' (16)
9/11 (17) = A (18) combustão interna compreendendo quatro
À partir desse três exemplos, se constata que se poderá portanto obter uma expressão geral do regime previsto Nn+d, d dentes após as n equações, Com efeito, se terá:
A
E:
B
Virá somente para um motor à cilindros, equipado de uma roda dentada de 58 dentes (ou seja um conjunto de dentes de 60 dentes com 2 faltantes), a seguinte fórmula geral:
r__________<____________ (19)
Nós descreveremos agora o processo complementar para prever um regime motor à um tempo fixado tp, quando da fase final de rotação.
Se retoma as etapas precedentemente descritas, a saber:
- a etapa de registro das durações inter-dente, tjd, para o período T considerado;
- a etapa de determinação dos regimes instantâneos, à partir das durações interdente, tid registradas;
- a etapa de determinação da constante Co.
Se procederá em seguida pouco a pouco, como ilustrado na Figura 4:
Os regimes sendo conhecidos até o dente do índice n, se iniciando o valor de um contador de tempo S à 0 para o dente do índice n.
- Se determinará o regime previsto ao dente seguinte, do índice n+1, referência Nn+i na Figura 1, com o auxílio da relação geral (19);
- Se calculará à partir do regime previsto ao dente do índice n+1, um tempo interdente, tjd correspondente à partir da relação (1) referenciada tn+i, na Figura 4;
- Se incrementará o contador de tempo S do tempo inter-dente calculado;
- Se reitera as precedentes etapas nos dentes dos índices seguintes, contanto que o valor do contador de tempo S seja inferior ao tempo fixado tp. Assim, como mostrado na Figura 4 para o índice n+2, o acúmulo de tempo inter-dentes acumulado à partir do índice n será inferior ao tempo fixado tp enquanto que para a interação seguinte n+3, o acúmulo dos tempos inter-dentes tid, será superior ao tempo fixado tp. Se persegue então o seguinte procedimento:
10/11
- Se determina um regime previsto para o tempo fixado tp, pela interpelação entre os regimes previstos para os dois últimos índices, referenciados respectivamente Nn+2. Nn+3 na Figura 4. Se obterá assim um regime previsto Np ao tempo fixado tp.
Vantajosamente, esse procedimento poderá permitir determinar o cilindro de parada. Se entende por cilindro de parada o cilindro que está na fase de compressão do ciclo motor.
Para tal, ser procederá da seguinte maneira:
- Se retomará as etapas precedentemente descritas, a saber:
- A etapa de registro das durações inter-dente, tjd, para o período T considerado;
- A etapa de determinação dos regimes reais, à partir das durações inter-dentes, para o período T considerado.
- A etapa de determinação dos regimes reais, à partir das durações inter-dente, tid registradas, com o auxílio da relação (1);
- A etapa de determinação da constante Co;
- Se calculando o regime real no ponto morto alto (ou PMH) de combustão, denominado NPMh à partir do registro do tempo inter-dente correspondente.
Se precederá em seguida,com uma gama T de posição angular:
- Se preverá pouco a pouco o regime para as posições angulares correspondente às próximas de combustão PMH, como ilustrado na Figura 5 a estimativa do regime na combustão k PMH sendo dada a seguinte relação:
NpMH k = ΝρΜΗ ~ (21)
Esta será até o momento onde não se poderá mais transpor a combustão PMH, que corresponde ao valor mínimo de k, tal como:
Sendo:
(22) (23)
Nesse caso se conclui que o motor passará à combustão k PMH antes da parada, permitindo deduzir o cilindro de parada.
A invenção não se limita à um tipo particular de motor à combustão, No caso de um motor à combustão interna compreendendo três cilindros, a gama Y de posições angulares do virabrequim 2 será de preferência de 240° ou 720°, em razão da defasagem dos ciclos motor dos diferentes cilindros.
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No caso de um motor à combustão interna compreendendo seis cilindros, a gama T de posições angulares do virabrequim 2 será de preferência de 120°, 240° ou de 720° em razão da defasagem dos ciclos motor dos diferentes cilindros.
A invenção tem como vantagem ser simples de ser implantada sob a forma de uma rotina informática programada no ECU, não necessitando de nenhuma calibragem particular.
Claims (9)
- REIVINDICAÇÕES1. MÉTODO PARA PREDIÇÃO DO REGIME DE ROTAÇÃO DE UM VIRABREQUIM DE MOTOR EM FASE FINAL DE ROTAÇÃO”, caracterizado por se determinar e registrar o regime de rotação real (N) do virabrequim (2) às posições angulares do referido virabrequim para uma gama (T) de posições angulares do virabrequim (2) delimitado por uma primeira posição angular e uma segunda posição angular correspondente às oscilações periódicas angulares de diminuição da velocidade de rotação (N) do virabrequim (2), determinado uma constante (Co) em função do espaçamento dos quadrados dos regimes reais determinados pelas primeira e segunda posições angulares e por determinar um regime previsto (N) de rotação do virabrequim (2) para uma terceira posição angular do virabrequim (2), não compreendida na gama (T) de posições angulares do virabrequim (2) em função da constante (Co) e do regime real (N) determinado à uma quarta posição angular compreendida na referida gama (T) de modo que o espaçamento entre as terceira e quarta posições angulares seja igual à referida gama (T) ou sendo um múltiplo da mesma.
- 2. “MÉTODO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a segunda posição angular corresponder à posição ao instante presente do virabrequim (2) que está na última posição angular para que se possa determinar um regime real.
- 3. “MÉTODO”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o motor compreendendo quatro cilindros, a gama (T) de posições angulares do virabrequim (2) ser de 180°, 360° ou 720°.
- 4. “MÉTODO”, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado por a gama (T) ser de 360°.
- 5. “MÉTODO”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o motor compreendendo três cilindros, a gama (T) ser de 240° ou de 720°.
- 6. “MÉTODO”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o motor compreendendo seis cilindros, a gama (T) ser de 120°, 240° ou de 720°.
- 7. “MÉTODO”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, o virabrequim (2) sendo solidário em rotação de uma roda dentada (4) compreendendo dentes (7) servido para determinar a posição angular do referido virabrequim (2), a largura angular entre cada dente (7) sendo de 6o, caracterizado por o regime2/2 previsto (N) de rotação do virabrequim (2) para a terceira posição angular do virabrequim (2) ser determinada em função do regime real (N) se aplicando a seguinte relação:V 6 ' na qual A e B são variáveis como:A —· A n sendo o índice do dente (7) determinado a segunda posição angular do virabrequim (2), n+d sendo o índice do dente (7) determinando a terceira posição angular do virabrequim (2), n--+B , sendo o índice do dente (7) determinando a quarta posição angular do 6 virabrequim (2), e INT ser a função da fração inteira.
- 8. “MÉTODO”, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda as seguintes etapas de determinar o regime previsto (N) ao dente (7) do índice n+1, e calcular, à partir do regime previsto (N) ao dente do índice n+1, um tempo inter-dentes (tid), se incrementando um contador de tempo (S) do tempo inter-dentes (tid) calculado, se reiterando as precedentes etapas nos dentes (7) dos índices seguintes contanto que o valor do contador de tempo (S) seja inferior à um tempo fixado (tp), se determinando um regime previsto para o tempo fixado (tp), pela interpolação entre os regimes previstos para os dois últimos índices.
- 9. “USO DO MÉTODO PARA PREDIÇÃO DO REGIME DE ROTAÇÃO DE UM VIRABREQUIM DE MOTOR EM FASE FINAL DE ROTAÇÃO”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado por a terceira posição angular do virabrequim (2) corresponder à um ponto morto de alta combustão.
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