BR112012015672B1 - método e aparelho para estimar emissões de nox em motores de combustão - Google Patents

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Abstract

método e aparelho para estimar as emissões de nox em motores de combustão a presente invenção proporciona um sistema para controlar as emissões de nox com base no cálculo de um dado erro pela diferença entre o primeiro valor de medição obtido a partir de um sensor de nox (7) e uma segunda estimativa de uma estimativa de nox. o referido sensor (7) pode ser utilizado num ciclo de adaptação, onde um sistema de circuito aberto ou controle de egr de circuito fechado é adaptado de tal modo que as emissões de nox previstas (a partir do controlador de egr) correspondem às medidas com o sensor de nox sob condições de estado constante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “MÉTODO E APARELHO PARA ESTIMAR AS EMISSÕES DE NOX EM MOTORES DE COMBUSTÃO”.
Campo da invenção A presente invenção refere-se a um método e um dispositivo para calcular as emissões de NOx em motores de combustão.
Descrição do estado da técnica Um dos objetivos mais importantes da EGR é reduzir as emissões de NOx.
Hoje em dia, a maioria dos motores estão equipados com um sistema de pós-tratamento de NOx como um catalisador SCR (Selective Catalytic Reduction - redução de catalisador seletiva) ou uma armadilha NOx magra. O controle do comportamento de conversão de NOX destes sistemas depende de valores de estimativa ou de medição da concentração de NOx a montante. Por isso, um sensor de NOx é geralmente montado na entrada do sistema de pós-tratamento, o que corresponde à saída do motor.
As emissões de NOx do motor de combustão pode ser significativamente reduzido utilizando a recirculação dos gases de escape (EGR). Assim, as emissões de NOx reage muito sensívelmente a variações da taxa de EGR, onde a taxa de EGR é a razão de massas entre o gás de escape recirculado e o total de gás injetado nos cilindros do motor de combustão. Dependendo do objetivo de emissões, taxas de EGR entre 20% e 60% têm como objetivo, o que leva a um fator de redução de NOX, de 3 a 10.
Como o objetivo principal da aplicação de EGR é a redução do NOx, um conceito de medição baseado em um dispositivo de medição de NOx é direto.
Por isso, um sensor de NOx é usado como um sinal de realimentação para controle de EGR.
No entanto, os sensores de NOx atualmente disponíveis exibem tempos de resposta, tipicamente grandes atrasos de 500-1000 ms e as constantes de tempo em torno de 500-1500 ms. Além disso, a precisão durante a operação transitória é, muitas vezes, limitada por causa de princípio do sensor de medição. Portanto, a utilização direta do sinal do sensor num loop de feedback EGR ou como uma grandeza de entrada para um sistema de pós-tratamento, muitas vezes, não dá resultados satisfatórios.
Para o controle de EGR, o desempenho do sensor pobre faz um eficiente, confiável e suficientemente rápido controle de uma tarefa muito difícil, se não impossível. Mesmo que o sensor seja utilizado para a determinação da concentração de NOx a montante de um sistema de pós-tratamento, a dinâmica lenta do dispositivo pode apresentar problemas graves para manter uma eficiência de conversão de NOX confiável e robusta.
Sumário da invenção Por conseguinte, é o objetivo principal da presente invenção proporcionar um método e um dispositivo para calcular as emissões de NOx em motores de combustão, que contornam os problemas / desvantagens acima.
De acordo com a invenção, o método proporciona a correção de um modelo de emissões de NOx rápido, mas potencialmente imprecisos por meio de uma diferença entre o primeiro valor medido obtido a partir de um sensor de NOx e de um segundo valor estimado obtido a partir de uma estimativa de NOx.
De preferência, uma tal estimativa é corrigida por meio de um filtro de adaptação, como um integrador, uma curva adaptativa ou mapa ou qualquer outro elemento semelhante, ou procedimento.
Tal erro pode ser, vantajosamente, utilizado para ajustar a taxa ou EGR, no caso de um motor que faz uso de EGR, ou para ajustar a estimativa de NOx no caso de um motor sem EGR.
Um dispositivo de implementação de um tal método compreende um sensor de NOx usado num ciclo de adaptação, em que um circuito aberto ou circuito fechado do sistema de controle EGR é adaptado de tal modo que as emissões de NOx (esperados a partir do controlador de EGR) correspondem aos medidos com o sensor de NOx sob condições de estado estacionário. Desta forma, duas concretizações podem ser consideradas: por um lado, se qualquer sensor para a determinação da taxa de EGR está presente, esta taxa de EGR medida pode ser corrigida, em segundo lugar, se o conceito é utilizado em um controlador de malha aberta EGR, a taxa de EGR comandada ou ainda a posição do atuador EGR pode ser ajustada.
Para motores sem EGR, um dispositivo de aplicação de tal método, corrige um modelo de estimativa de NOx, o qual é, por exemplo, com base em um modelo de combustão, de tal modo que a concentração estável de NOx estimada pelo modelo corresponde à obtida a partir do sensor.
Estes e outros objetivos são conseguidos por meio de um aparelho e um método, tal como descrito nas reivindicações anexas, as quais fazem parte integrante da presente descrição.
Breve descrição dos desenhos A invenção irá tornar-se completamente clara a partir da descrição detalhada a seguir, dada por meio de um simples e exemplificativa exemplo não limitativo, para ser lida com referência às figuras dos desenhos anexos, em que: A Figura 1 mostra um esquema de controle de acordo com a invenção para ajuste de controle de ciclo fechado EGR com um dispositivo de medição EGR; A Figura 2 mostra um esquema de controle através de um sensor de NOx, no caso de um ajuste de controle de circuito aberto EGR sem qualquer dispositivo de medição de EGR; A Figura 3 mostra um esquema de controle de motores sem EGR.
Os mesmos números de referência e letras nos números designam as mesmas partes ou funcionalmente equivalentes. Descrição detalhada das concretizações preferidas Um modelo útil para a estimativa das emissões de NOx leva em conta várias quantidades, os quais têm um impacto sobre a formação de NOX. Estas quantidades podem ser combustível injetado, a velocidade do motor, a pressão aumentada, a temperatura do ar aumentada, a pressão de trilho, iniciar do ângulo de injeção, a taxa de EGR, ou outros, que têm uma influência sobre a temperatura da chama e na combustão.
De acordo com as figuras anexas, os 5 blocos, 5 'e 5'' são blocos de entrada nos respectivos esquemas de contabilidade para a referida quantidade / parâmetros, tal como a velocidade do motor de combustível injetado, etc.
Se um dispositivo de medição ou de qualquer conceito de sensor EGR para calcular a EGR, em termos de taxa ou fluxo de massa, está presente, o valor obtido é contabilizado na estimativa NOx. Em caso de não medição EGR, o ponto de ajuste de EGR ou qualquer taxa de EGR calculado é considerado na estimativa NOx. A Figura 1 mostra um esboço do conceito de adaptação se um conceito de controle EGR de loop fechado com uma medição EGR está presente. O bloco 3 representa um conjunto de ponto de EGR utilizado tanto como uma entrada de um primeiro nó de soma e como um caminho de alimentação direta para o bloco 4, que representa um controle EGR. No referido primeiro nó de soma, é subtraído da saída de um bloco 2 que representa um bloco de correção de medição de EGR, de uma medição de EGR vinda do bloco 1. A saída do dito primeiro nó da soma é uma outra entrada para o referido bloco de controle EGR 4. O dito bloco 2 funciona na saída de um bloco de adaptação 8, tal como um integrador, uma curva adaptativa ou mapa ou qualquer outro elemento semelhante, ou procedimento. A entrada de um tal bloco de adaptação 8 é a diferença entre o primeiro valor medido obtido a partir de um sensor de NOx 7 e um segundo valor estimado obtido a partir de um bloco estimador de NOx 6, que tem como entrada referidas quantidades de motor / parâmetros representados por meio de um bloco 5 e da saída do dito bloco de correção de medição de EGR 2. O estimador 6 pode ser implementado de forma conhecida, por exemplo, de acordo com a divulgação por Alexander Schilling: "com base no Modelo de detecção e isolamento de falhas no Caminhos de ar e de combustível trilho comum de Motores Diesel DI Equipadso com um Sensor Lambda e de óxidos de nitrogênio", tese de doutorado, Diss. ETH n ° 17.764, a ETH Zurique, Suíça, 2008.
No caso de um conceito de controle em malha fechada EGR, uma abordagem é para corrigir a taxa de EGR medida de fluxo de massa ou um método de adaptação, que faz uso da diferença entre o valor medido e a concentração de NOx estimada. A medição EGR é corrigida de modo que a diferença de erros, ou seja, converge para zero. O método pode compreender uma adaptação de integração, uma curva adaptativa ou mapa ou qualquer outro elemento semelhante, ou procedimento. A correção da EGR pode ser aditiva (deslocada) ou multiplicativa (fator de correção), ou usando qualquer outra operação algébrica, curva de correção, ou mapa.
Uma vez que o controlador obriga a taxa EGR medida e corrigida ou fluxo de massa para o ponto de ajuste, finalmente, um valor idêntico ao ponto de ajuste é alimentado para a estimativa de NOX. Assim, após a convergência do controlador, a estimativa NOx calcula sempre o mesmo valor, se todos os outros motores de quantidades são idênticas, portanto o dito erro é zero. Uma vez que o método de adaptação força o valor de NOx estimado para essa medida, o NOx estimado representa os valores experimentais após a convergência. Assim, o controlador de EGR pode ser visto como um controlador de NOx. A concentração de NOx é mantida em cima de uma perturbação da linha EGR (EGR fouling cooler, dispersão produção, EGR valve fouling, etc), ou no princípio de medição EGR (deriva do sensor, etc.) A Figura 2 mostra o conceito de adaptação com um controlador direto EGR e sem medição EGR presente.
De acordo com a figura 2, o bloco 3' representa um ponto de ajuste EGR usado como uma entrada do bloco de controle 4' direto. Uma outra entrada do dito bloco de controle EGR de alimentação direta 4' é a saída de um bloco de adaptação 8', tal como uma integração, etc .. A entrada de um tal bloco de adaptação 8', também como a figura 1, é a diferença entre um primeiro valor de medição obtido a partir de um sensor de NOx 7' e um segundo valor estimado obtido a partir de um bloco estimador de NOx 6', o qual tem como uma primeira entrada as referidas quantidades de motor / parâmetros representados por meio de um bloco de 5' e a saída do referido conjunto de blocos de ponto de ajuste 3' como uma segunda entrada. O estimador 6' pode ser implementada de uma maneira semelhante como para o estimador 6.
No caso de um conceito de controle em malha aberta EGR conforme representado na Figura 2, uma abordagem consiste em corrigir a posição do acuador EGR diretamente com um método de adaptação, que faz uso da diferença entre o valor medido e a concentração de NOx estimada. A posição do atuador EGR é corrigida de modo que a diferença, isto é, esse erro, converge para zero. O método de adaptação pode ser realizado por meio de um integrador, uma curva adaptativa ou mapa ou qualquer outro elemento semelhante, ou procedimento. A correção da posição do atuador EGR pode ser aditiva (deslocamento) ou multiplicativa (fator de correção), ou usando qualquer outra operação algébrica, curva de correção, ou mapa. O ponto de ajuste EGR é alimentado para a estimativa de NOX. Portanto, a estimativa de NOx calcula sempre o mesmo valor, se todos os outros parâmetros do motor são idênticos. Uma vez que o método de adaptação força o valor de NOx estimado a essa medida, o NOx estimado representa os valores experimentais após a convergência. Assim, o controlador de EGR pode ser visto como um controlador de NOx. A concentração de NOx é mantida em cima de um efeito de perturbação ou desvio da linha EGR (EGR cooler fouling, dispersão de produção, EGR valve fouling, etc.) A Figura 3 mostra um esboço de um método de adaptação de motores, onde não se encontra presente EGR. Aqui, simplesmente o NOx estimado são adaptados para que eles correspondem aos medidos em condições estáveis. Isso garante a precisão de estado estacionário do dispositivo de medição e a resposta transiente rápida da estimativa NOx. A adaptação pode ser implementada usando um integrador simples (I-controlador lento), uma curva de adaptação ou mapa, ou qualquer conceito similar adaptativo.
De acordo com a figura 3, um estimador de NOx representado pelo bloco 6'' recebe como entrada tanto os referidos parâmetros do motor / quantidades representadas pelo bloco 5'' e a saída de uma adaptação de NOx 8'', que é um integrador, etc. E a entrada da referida adaptação NOx 8'' é, da mesma forma, a figura 1 e 2, a diferença entre o primeiro valor medido obtido a partir de um sensor de NOx 7'' e um segundo valor estimado obtido a partir do referido bloco de NOx estimador 6''. O estimador 6'' pode ser implementado de uma forma semelhante como para o estimador 6.
Vantajosamente, a medição EGR refere-se à medição da taxa de EGR ou o fluxo de massa EGR, mas o mesmo método pode ser aplicado para qualquer configuração de NOx influenciando, assim como a medição do ar e o controle por meio de um controlador de EGR ou de injeção de combustível, por exemplo, como a pressão de trilho, início de um ângulo de injeção, injeção piloto, etc. Além disso, em vez de a medição EGR, também do ponto de ajuste EGR pode ser corrigido.
Esta invenção pode ser implementada com vantagem em um programa de computador que compreende meios de código do programa para realizar um ou mais etapas de tal método, quando tal programa é executado em um computador. Por esta razão, a patente abrange igualmente programa de computador, e o meio legível por computador que compreende uma mensagem gravada, meio legível por computador tal que compreende o código de programa de meios para a realização de uma ou mais etapas de tal método, quando tal programa é executado em um computador.
Muitas mudanças, modificações, variações e outros usos e aplicações da presente invenção serão evidentes para os peritos na técnica após consideração da descrição e dos desenhos anexos que descrevem concretizações preferidas da mesma. Todas estas alterações, modificações, variações e outros usos e aplicações que não se afastem do espírito e do escopo da invenção consideram-se abrangidos pela presente invenção.
Outros detalhes de implementação não serão descritos, à medida que uma pessoa versada na técnica é capaz de realizar a invenção a partir dos ensinamentos da descrição acima.
REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. Método para controlar um sistema de EGR em um motor de combustão de um veículo, compreendendo meios de detecção de NOx (7) e meios de detecção de EGR, em que o método compreende - calcular um valor de erro de NOx dado por uma diferença entre um primeiro valor medido obtido dos referidos meios de detecção de NOx (7) e um segundo valor de NOx estimado (6), - medir a taxa de EGR ou fluxo de massa (1), - corrigir (2) a referida medição da taxa de EGR ou fluxo de massa (1), - controlar a referida taxa de EGR ou fluxo de massa (4) através de um procedimento de loop fechado com base na referida medição de EGR corrigida (2) e um valor de referência (3), - estimar o valor do NOx (6) nas grandezas/parâmetros do motor (5) e na referida medição de EGR corrigida (2), sendo o método caracterizado pelo fato de que a referida etapa de correção corrige a taxa de EGR medida ou o fluxo de massa com um método de adaptação, o referido método utilizando a referida diferença entre o referido primeiro valor medido (7) e o referido segundo valor estimado (6) de concentração de NOx como entrada, de modo a forçar o primeiro valor de NOx estimado para o segundo valor medido.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido método de adaptação pode compreender um integrador ou uma curva adaptativa ou um mapa adaptativo.
3. Dispositivo para controlar um sistema de EGR em um motor de combustão compreendendo - meios de detecção de NOx (7), - meios de detecção de EGR (1) para medição de taxa de EGR ou fluxo de massa, - meios para corrigir a referida medição de EGR (2), - meios para estimar o valor de NOx (6) em grandezas/parâmetros do motor (5) e na referida medição de EGR corrigida (2), - meios para calcular a diferença (Σ) entre um primeiro valor obtido dos referidos meios de detecção de NOx (7) e um segundo valor de NOx estimado (6), caracterizado pelo fato de que os referidos meios de correção (2) utilizam a saída de um filtro de adaptação (8) de modo a forçar o segundo valor de NOx estimado para o primeiro valor medido, em que uma entrada do filtro de adaptação (8) é a referida diferença entre o referido primeiro valor medido e o referido segundo valor de NOx estimado (6).
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o referido filtro de adaptação (8) pode compreender um integrador ou uma curva adaptativa ou um mapa adaptativo.
5. Meio legível por computador tendo comandos gravados no mesmo, o referido meio legível por computador caracterizado pelo fato de ser adaptado para executar todas as etapas do método, conforme definido nas reivindicações 1 ou 2, quando os referidos comandos são executados em um computador.
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