BR112012024042B1 - PROCESS FOR TESTING THE FUNCTIONALITY OF A COMBUSTION ENGINE EXHAUST GAS RECIRCULATION VALVE AND CALCULATION UNIT - Google Patents
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Abstract
processo para testar a funcionalidade de uma válvula de reciclagem de gás de escape de um motor de combustão. a presente invenção refere-se a um processo para testar a funcionalidade de uma válvula de reciclagem de gás de escape (13) de um motor de combustão (1), sendo que a posição e de um componente regulador (13a) da válvula de reciclagem de gás de escape (13) é periodicamente modificada, sendo medida uma grandeza de sistema (lm, ld), influenciada pelo movimento do componente regulador (13a) e o sinal medidor será avaliado para testar a funcionalidade da válvula de reciclagem de gás de escape (13).process for testing the functionality of a combustion engine exhaust gas recycling valve. the present invention relates to a process for testing the functionality of an exhaust gas recycling valve (13) of a combustion engine (1), the position and a regulating component (13a) of the recycling valve exhaust gas (13) is periodically modified, a system quantity (lm, ld) is measured, influenced by the movement of the regulating component (13a) and the meter signal will be evaluated to test the functionality of the exhaust gas recycling valve (13).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um processo para testar a funcionalidade de uma válvula de recirculação de gás de escape de um motor de combustão[001] The present invention relates to a process for testing the functionality of a combustion engine exhaust gas recirculation valve
[002] Válvulas e recirculação de gás de escape (válvulas AGR) são empregadas em motores combustão para produzir, no tubo de sucção, uma mistura de ar fresco e gás de escape reciclado para aperfeiçoar, desta maneira, o comportamento, especialmente com vistas a uma minimização de consumo e de emissões. Por exemplo, a recirculação de gás de escape reduz a emissão de NOx. Para a recirculação de gás de escape do tubo de escape até o tubo de sucção, é empregada uma válvula de recirculação de gás de escape, regulável continuamente, e a sua posição de abertura é reajustada. Durante a operação, todavia, em virtude de impurezas, fuligem, envelhecimento, etc. pode ocorrer uma falha da funcionalidade, especialmente devido a um desvio da posição real da posição teórica. Isto exerce efeitos negativos sobre a combustão.[002] Valves and exhaust gas recirculation (AGR valves) are used in combustion engines to produce, in the suction pipe, a mixture of fresh air and recycled exhaust gas to improve, in this way, the behavior, especially with a view to minimizing consumption and emissions. For example, exhaust gas recirculation reduces NOx emission. For exhaust gas recirculation from the exhaust pipe to the suction pipe, an continuously adjustable exhaust gas recirculation valve is used and its position opening is readjusted. During operation, however, due to impurities, soot, aging, etc. functionality failure can occur, especially due to a deviation from the actual position from the theoretical position. This has a negative effect on combustion.
[003] Portanto, é desejável poder testar, de forma simples e confiável, a funcionalidade de uma válvula de recirculação de gás de escape.[003] Therefore, it is desirable to be able to test, in a simple and reliable way, the functionality of an exhaust gas recirculation valve.
[004] A invenção se baseia, essencialmente, na medida de sujeitar o regulador de uma válvula AGR com um sinal periodicamente modulado e analisar, na faixa de frequências, uma saída de sistema, influenciada pelo sinal, por exemplo, o sinal do sensor da pressão de carga ou o sinal do sensor de massa de ar. O processo pode ser empregado em amplas áreas operacionais do motor, especialmente tanto estacionário como também dinâmico, podendo assim, cumprir as exigências de um diagnóstico contínuo. O conceito proposto pode operar com sensores e atuadores de qualquer modo já existentes, que são montados no veículo em série, de maneira que não surgem custos adicionais com outros sistemas de sensores ou atuadores ou hardware de aparelhos de comando. Com uma realização contínua do processo, a qualquer ocasião poderá ser testada a funcionalidade da válvula de recirculação de gás de escape. No caso de uma modulação reduzida do sinal de reajuste, a relação fuligem/NOX poderá, aproximadamente, ser considerada como linear, de maneira que o processo não exerce influência sobre a emissão global. Embora o processo, desta forma, penetre, basicamente, na regulagem AGR, mesmo assim não se verifica uma influência significativa sobre a emissão, o que faz com que a invenção, na prática, pode ser especialmente ser bem empregada. A invenção se adapta para motores de combustão com ignição própria ou externa.[004] The invention is based, essentially, in the measure of subjecting the regulator of an AGR valve with a periodically modulated signal and analyzing, in the frequency range, a system output, influenced by the signal, for example, the sensor signal of the load pressure or air mass sensor signal. The process can be used in wide operating areas of the engine, especially both stationary and dynamic, thus being able to meet the requirements of a continuous diagnosis. The proposed concept can operate with existing sensors and actuators in any way, which are mounted on the vehicle in series, so that no additional costs arise with other sensor systems or actuators or control device hardware. With continuous process completion, the functionality of the exhaust gas recirculation valve can be tested at any time. In the case of reduced modulation of the readjustment signal, the soot / NOX ratio can be considered approximately linear, so that the process has no influence on the global emission. Although the process, in this way, basically penetrates the AGR regulation, there is still no significant influence on the emission, which means that the invention, in practice, can be especially well employed. The invention is adapted for combustion engines with their own or external ignition.
[005] Como sinal periódico de reajuste pode ser empregado um sinal senoidal ou retangular. Um sinal retangular, com menor taxa de rastreio, possui melhor exposição do que um sinal senoidal da mesma frequência. Em princípio, todavia, qualquer sinal periódico é adequado para a modulação.[005] As a periodic readjustment signal, a sinusoidal or rectangular signal can be used. A rectangular signal, with a lower tracking rate, has better exposure than a sinusoidal signal of the same frequency. In principle, however, any periodic signal is suitable for modulation.
[006] Será indicado calcular uma media móvel (filtragem baixa) do sinal da medição, subtraindo esta média do sinal medido, a fim de aumentar a robustez do diagnóstico.[006] It will be indicated to calculate a moving average (low filtering) of the measurement signal, subtracting this average from the measured signal, in order to increase the robustness of the diagnosis.
[007] Para avaliação do sinal de medição, poderá servir uma análise Fourier ou um chamado processo lock-ln (travamento). A vantagem adicional de um processo de fase sensível, especialmente um processo lock-in, reside em que, assim, poderá ser medida diretamente a linha característica do circuito regular na dependência da posição do regulador. Para avaliar a funcionalidade, será, então, apenas necessário controlar um gradiente de linha característica no tocante a valores de umbral predeterminados. Desta forma, em aditamento à difícil operabilidade da válvula AGR, também poderá ser reconhecida, de modo confiável, uma eventual alteração da linha característica do percurso regulador, por exemplo, por envelhecimento de molas de retorno, impurezas na válvula, manipulação e similares fatores.[007] To evaluate the measurement signal, a Fourier analysis or a so-called lock-ln process may be used. The additional advantage of a sensitive phase process, especially a lock-in process, is that, thus, the characteristic line of the regular circuit can be directly measured depending on the position of the regulator. To assess functionality, it will then only be necessary to control a characteristic line gradient with respect to predetermined threshold values. Thus, in addition to the difficult operability of the AGR valve, a possible change in the characteristic line of the regulating path can also be reliably recognized, for example, by aging of return springs, valve impurities, handling and similar factors.
[008] Uma unidade calculadora de acordo com a invenção, por exemplo, um aparelho de comando de um veículo, está conformada - especialmente no sentido de programação técnica - para realizar um processo de acordo com a invenção.[008] A calculator unit according to the invention, for example, a vehicle control device, is shaped - especially in the sense of technical programming - to carry out a process according to the invention.
[009] Outras vantagens e modalidades da invenção resultam da descrição e do desenho anexo.[009] Other advantages and modalities of the invention result from the description and the attached drawing.
[0010] Entende-se que as características acima mencionadas e, em seguir, ainda a serem explicitadas, podem ser empregadas em qualquer combinação indicada, como também em outras combinações e isoladamente, sem abandonar o contexto da presente invenção.[0010] It is understood that the aforementioned characteristics, and which are yet to be explained, can be used in any combination indicated, as well as in other combinations and in isolation, without abandoning the context of the present invention.
[0011] Com base em exemplos de execução, a invenção está es-quematicamente apresentada no desenho e, em seguida, será descrita detalhadamente com remissão ao desenho.[0011] Based on execution examples, the invention is shown schematically in the drawing and will then be described in detail with reference to the drawing.
[0012] Figura 1 - apresenta esquematicamente um motor de combustão com um aparelho de comando[0012] Figure 1 - schematically shows a combustion engine with a control device
[0013] Figura 2 - apresenta esquematicamente, um plano de se- quenciamento de diferentes alternativas de uma modalidade preferida de um processo de acordo com a invenção.[0013] Figure 2 - schematically presents a plan for sequencing different alternatives of a preferred modality of a process according to the invention.
[0014] Na figura 1 é mostrado um motor de combustão 1, no qual um pistão 2 pode ser movido dentro de um cilindro 3 para cima e para baixo. O cilindro 3 possui um compartimento combustor 4, no qual, através de válvulas 5, são acoplados um tubo de aspiração 6 e um tubo de gás de escape 7. O tubo de aspiração 6 está unido com o tubo de escape 7 através de uma válvula de recirculação de gás de escape 13 com uma chapeleta de válvula 13a como componente regulador para a recirculação de gás de escape externo. A chapeleta da válvula 13a pode ser acionada com um sinal EGR por um aparelho de comando (ECU) 16. Além disso, com o compartimento combustor 4 está ligada uma válvula injetora 8 que pode ser ativada com um sinal TI e uma vela de ignição 9 que pode ser ativada com um sinal ZW. O motor de combustão 1, de acordo com a figura 1, se baseia no processo de ignição externa. Deve ser esclarecido, todavia, que a invenção não depende do processo de ignição do motor de combustão, adaptando bem também para motor de combustão com auto-ignição.[0014] In figure 1 is shown a combustion engine 1, in which a
[0015] No tubo de aspiração 6 são montados um sensor de pressão de carga 18 que emite um sinal LD que indica a pressão de carga no tubo de aspiração, além de uma chapeleta estranguladora 12, cuja posição de giro pode ser regulada por meio de um sinal DK. Entre o sensor de massa de ar 10 e a chapeleta estranguladora 12 - no caso de motores com turbocompressor - está integrado o compressor de um turbocompressor.[0015] In the
[0016] Além disso, o tubo de aspiração 6 é provido de um sensor de massa de ar 10 e o tubo de gás de escape é provido com um sensor lambda 11.0 sensor de massa de ar 10 mede a massa de ar fresco conduzida para o tubo de aspiração 6 e, de modo correspondente, gera um sinal LM. O sensor lambda 11 mede o teor de oxigênio do gás de escape no tubo do gás de escape 7 e, de modo correspondente, gera um sinal lambda (a). A sonda Lambda 11 é seguida por um conjunto de descarga (não mostrado), incluindo um catalisador, ou seja, catalisador de 3-vias. Nos motores com turbo compressão, depois da sonda Lambda estaria integrada a turbina de um turbocompressor.[0016] In addition, the
[0017] Durante a operação, pelo pistão acionador, um eixo- manivela 14 é posto a girar, através do qual, finalmente, são acionadas as rodas do veículo automotor.[0017] During operation, by the driving piston, a
[0018] Entende-se que um motor de combustão, com ignição externa ou própria, pode ter mais do que um cilindro, alocados ao mesmo eixo-manivela, bem como ao mesmo tubo de gás de escape, formando um conjunto de gás de escape.[0018] It is understood that a combustion engine, with external or proper ignition, can have more than one cylinder, allocated to the same crankshaft, as well as to the same exhaust gas tube, forming an exhaust gas set .
[0019] Em uma modalidade preferida da invenção, a chapeleta da válvula 13a será operada, em forma modulada, pelo aparelho de comando 16, ou seja, a pressão de carga LD e/ou a massa de ar LM serão avaliados. Para este fim, o aparelho de comando 16 está equipado com um microprocessador, o qual, em uma memória, especialmente uma memória Read Only Memory (ROM) possui um programa que está adequado para realizar todo o comando e/ou regulagem do motor de combustão 1. O aparelho de comando 16 está conformado para realizar um processo de acordo com a invenção.[0019] In a preferred embodiment of the invention, the
[0020] O aparelho de comando 16 é sujeito por sinais de entrada, os quais, por meio de sensores, representam grandezas operacionais, medidas no motor de combustão. Por exemplo, o aparelho de comando 16 encontra-se unido com o sensor de massa de ar 10, com o sensor Lambda 11 e com o sensor de pressão de carga 18. Além disso, o aparelho de comando 16 está unido com um sensor de pedal de deslocamento 17 que gera um sinal FP que indica a posição de um pedal de deslocamento que pode ser ativado por um motorista, e, com isto, indica o momento requisitado pelo motorista. O aparelho de comando 16 gera sinais de saída, com os quais, sobre atuadores, poderá ser influenciado o comportamento do motor de combustão 1 de acordo com o comando e/ou regulagem desenhados. Por exemplo, o aparelho de comando 16 está unido com a válvula AGR 13, com a válvula inje- tora 8, com a vela de ignição 9 e com a chapeleta estranguladora 12, gerando os sinais EGR, TI, ZW e DK necessários para a ativação.[0020] The
[0021] Em seguida, com base na Figura 2, será explicitado o se- quenciamento de várias alternativas preferidas de um processo de acordo com a invenção. Estas formas de realização podem ser basicamente aplicadas em um motor de combustão de acordo com a figura 1. Os passos apresentados não têm, necessariamente, uma sequência, porém podem, também, se processar temporalmente em paralelo.[0021] Next, based on Figure 2, the sequencing of several preferred alternatives of a process according to the invention will be explained. These embodiments can basically be applied to a combustion engine according to figure 1. The steps presented do not necessarily have a sequence, but they can also be processed in parallel in time.
[0022] O processo se inicia com um passo opcional 101, no qual será testada a presença de correspondentes condições de liberação, sendo, eventualmente, também iniciado o processo de teste de funcionalidade, ou seja, o diagnóstico.[0022] The process starts with an
[0023] Em um passo 102, o regulador 13a da válvula AGR 13 será excitado com um sinal periódico de amplitude e frequência predeterminados, isto é, ao sinal regulador normal será sobreposto um sinal de modulação. O sinal de modulação poderá, preferencialmente, e de acordo com 103a, ser conformado senoidal ou, de acordo com 103b, em formato retangular. Todavia, deve ser esclarecido que, basicamente, qualquer sinal periódico poderá ser usado para a modulação.[0023] In a
[0024] Em um passo 104 que se realiza, praticamente, ao mesmo tempo, será medida uma grandeza de sistema, influenciada pelo movimento de ajuste, ou seja, pela posição do regulador, ou seja, componente regulador 13, sendo que, convenientemente, de acordo com 105a, pode tratar-se de um sinal de medição LM de um medidor de massa de ar 10, por exemplo, um medidor de massas de ar de película quente, ou conforme 105b, do sinal de medição LD de um sensor de pressão de carga 18. Também deve ser aqui esclarecido que, principalmente, cada grandeza de sistema pode ser medida, que seja influenciada pelo movimento regulador do regulador 13a.[0024] In a
[0025] Em um passo 106 sequencial, opcional, por meio de filtragem com filtro passa-baixo, é calculada uma média móvel do sinal de medição, que será subtraída em um passo 107 do sinal de medição original, a fim de aumentar a robustez do diagnóstico.[0025] In an optional
[0026] Em seguida, será avaliado o resultado da subtração como novo sinal de medição, sendo que, de acordo com 108a, é indicada uma análise Fourier ou, de acordo com 108b, um processo de trava- mento (lock-in) de fase sensível.[0026] Then, the result of the subtraction will be evaluated as a new measurement signal, and, according to 108a, a Fourier analysis is indicated or, according to 108b, a lock-in process of sensitive phase.
[0027] Na análise Fourier, de acordo com 108a, o espectro Fourier será examinado quanto a incidência da frequência excitadora com amplitude nitidamente mais alta do que amplitudes vizinhas. Isto poderá ser feito com base em uma comparação de valor de umbral.[0027] In the Fourier analysis, according to 108a, the Fourier spectrum will be examined for the incidence of the exciter frequency with amplitude markedly higher than neighboring amplitudes. This can be done based on a threshold value comparison.
[0028] No processo de travamento (lock-in) de acordo com 108b, o gradiente da linha característica medido será comparado com um gradiente de linha característica predeterminado. Isto também poderá ser feito com base em uma comparação do valor de umbral. No caso, convenientemente, será comprovada no sinal de medição a frequência da modulação. Pela relação fixa de fase entre a modulação e o sinal de medição, pode, no caso, ser obtida uma supressão de ruídos muito boa. Além disso, surge a possibilidade de testar o aclive de linha característica do regulador, visto ser o sinal de saída de um amplificador de travamento (lock-in) proporcional ao gradiente da linha característica. No caso de um regulador com linha característica não linear, pode- se testar desta forma, se a posição desejada do regulador efetivamente foi alcançada dentro de limites predeterminados.[0028] In the lock-in process according to 108b, the measured characteristic line gradient will be compared with a predetermined characteristic line gradient. This can also be done based on a comparison of the threshold value. In this case, the frequency of the modulation will be confirmed in the measurement signal. Due to the fixed phase relationship between the modulation and the measurement signal, very good noise suppression can be achieved in this case. In addition, the possibility of testing the regulator's characteristic line slope arises, since it is the output signal of a lock-in amplifier proportional to the gradient of the characteristic line. In the case of a regulator with a non-linear characteristic line, it can be tested in this way, whether the desired position of the regulator has actually been reached within predetermined limits.
[0029] Em um passo 109, com base no respectivo resultado de comparação, será realizada uma formação de sintomas (por exemplo, a integração de frequências relevantes em períodos de tempo determinados ou outros tipos da formação de sintomas) e, finalmente, em um passo 110. Será realizada uma avaliação de sintomas, ou seja, reconhecimento de falhas. Esta avaliação é feita, por exemplo, por uma comparação (maior/menor/igual) com um valor de umbral especí- fico empregado ou uma formação de diferencial (sinal do resultado), a fim de concluir sobre o caso de ausência ou presença de falha. Desta forma, poderá ser reconhecida uma válvula de recirculação de gás de escape defeituosa ou perfeita.[0029] In a
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