BR112013018797A2 - método para determinação do teor de água de um misto combustível misto de álcool/gasolina em um motor de combustão interna, e dispositivo para a implementação do mesmo - Google Patents

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Abstract

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA DE UM MISTO COMBUSTÍVEL MISTO DE ÁLCOOL / GASOLINA EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E DISPOSITIVO PARA A IMPLEMENTAÇÃO DO MESMO A invenção se refere a um método para a determinação do teor de água de um combustível misto de álcool / gasolina em um motor de combustão interna de um veículo, o que compreende os estágios de: - determinação de um primeiro valor para o teor de álcool do combustível usando-se uma medição de riqueza de combustível, - determinação de um segundo valor para c) teor de álcool do combustível usando uma medição gravada por um sensor para medição da condutividade elétrica do combustível, - comparação do referido primeiro valor e do referido terceira válvula, - e, quando o referido primeiro valor for mais baixo do que o referido segundo valor, a determinação do teor de água do combustível pela atribuição de um valor predeterminado para o teor de água associado ao par consistindo no referido primeiro valor e no referida segundo valor para o teor de álcool. Nenhuma figura.

Description

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MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA DE UM MISTO COMBUSTÍVEL MISTO DE ÁLCOOL / GASOLINA EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E DISPOSITIVO PARA A IMPLEMENTAÇÃO DO
MESMO 5 A presente invenção se refere ao campo de veículos tendo um motor de combustão interna de "combustível flex", quer dízer, a um motor c) qual pode ser operado com tipos diferentes de combustíveis compreendendo gasolina e álcool em proporções variáveis. Mais particularmente, a invenção 10 se refere a um método para a determinação do teor de água de um combustível misto de álcool / gasolina em um motor de combustão interna de um veículo e a um dispositivo para a implementação desse método. Um outro aspecto da invenção é um método mais geral para a regulagem da operação de um 15 motor de combustão interna de um veículo, incluindo um método para a determinação do teor de água.
O número de veículos de combustível flex em circulação está aumentando.
O tipo mais comum de álcool participando na 20 constituição dos combustíveis atualmente providos no mercado é etanol. Ele está presente aqui em proporções as quais podem variar de acordo com os países. Em alguns países, em particular no Brasil, o combustível à base de etanol comumente usado exibe um teor de etanol teórico de 25 100% e corresponde à denominação ElOO.
Esses combustíveis ElOO, contudo, não são desprovidos de traços de água, devido, em particular, à natureza hidrofílica deste álcool. Embora os teores de água destes combustíveis de menos de 5% sejam comuns e, sem 30 consequência significativa com respeito à operação do q
Y 2/14 j b ¶m motor, frequentemente acontece, dependendo das condições de a.rmazenamento e do tempo do combustível, de este teor de água subir acima deste valor, às vezes mesmo para até 12 ou 15%.
5 Assim, é possível, em veículos de combustível flex (FFVS), ter presente uma mistura de álcool, gasolina e água, em respectivos teores variáveis, como uma função do tipo de combustível residual presente no tanque, quando ele é reabastecido e do tipo de combustível introduzido durante 10 este reabastecimento.
De fato, a presença de uma quantidade excessivamente grande de água no combustível, mais ainda, compreendendo álcool, tem consequências perigosas com respeito à operação de um motor, em particular sob condições de operação "a 15 frio", quer dizer, condições nas quais a temperatura do resfriante líquido do motor não excede a 30 °C. Uma menção pode ser feita, por exemplo, de uma instabilidade em combustão durante o aquecimento do motor, o que pode ser efetuado, em particular, pelo acendimento de luzes de aviso 20 no pâinel, problemas de ignição, impossibilidade de manter o motor em marcha lenta, um tempo de partida aumentado em 3 a 20 segundos, o enguiço do motor sob condições transientes, e similares. Nas piores situações, pode ser impossível dar a partida do motor. . 25 Saber o teor de água em um combustível misto de álcool / gasolina tornaria possível detectar esses riscos de mau funcionamento do motor e para correspondentemente tomar medidas, em particular, pelo ajuste apropriadamente das características estequiométricas da partida e da operação a 30 frio do motor.
3 /14 6 b ..
A presente invenção é baseada na observação que a medição do teor de álcool de uma mistura de álcool / gasolina foi perturbada pela presença de água no combustível, isto sendo de uma forma a qual pode ser 5 variada com o teor de água do combustível e não de acordo com uma lei de modelagem previsível. O teor de álcool é medido convencionalmente por um sensor para a medição da condutividade elétrica do combustível. Esta medição do teor de álcool não tornou possível, contudo, avaliar o teor de 10 água do combustível quando uma mistura de álcool / água / gasolina estava presente.
O método de acordo com a invenção corripreende os estágios de: - determinação de um primeiro valor para c) teor de 15 álcool do combustível usando-se uma medição de riqueza de combustível, - determinação de um segundo valor para o teor de álcool do combustível usando uma medição gravada por um sensor para medição da condutividade elétrica do 20 combustível, - comparação do referido primeiro valor e do referido terceira válvula, - e, quando o referido primeiro valor for mais baixo do que o referido segundo valor, a determinação do teor 25 de água do combustível pela atribuição de um valor predeterminado para o teor de água associado ao par consistindo no referido primeiro valor e no referida segundo valor para o teor de álcool.
O método de acordo com a invenção assim vantajosamente 30 emprega meios já usados convencionalmente em veículos
-
Y 4/14 -
X b .- existentes, em particular um sensor para a medição da riqueza de combustão e um sensor para a medição da condutividade elétrica do combustível. Isto faz uso dos dados gravados por estes sensores para dedução dali de um 5 valor para o teor de água do combustível misto de álcool / gasolina, pelo tratamento de dois valores para o teor de álcool determinado, em uma forma convencional por si, respectivamente a partir de cada um destes dois dados.
Quando é evidente que estes valores para o teor de álcool 10 são divergentes, assim se atestando uma presença anormal de água no combustível, este método então determina o teor de água do combustível como sendo igual a um valor predeterminado associado ao par específico de valores para o teor de álcool assim obtidos. Este valor predeterminado 15 para teor de água é formulado antes da implementação do método, por exemplo, de forma experimental em uma sonda de teste de motor durante o desenvolvimento de um motor representativo de produção em massa.
O método de acordo com a invenção assim pode 20 compreender um estágio preliminar da formulação experimental de associação de gráficos, com cada par de valores para teor de etanol determinado a partir de medições realizadas pelos dois sensores, um valor para teor de água do combustível.
25 De acordo com as modalidades preferidas, a invenção adicionalmente corresponde às características a seguir, ímplementadas separadamente ou em cada uma de suas combinações tecnicamente efetivas.
Em modalidades preferidas da invenção, uma medição de 30 riqueza de cornbustão é realizada em uma operação "a quente"
5 /14 .E .- do motor, de modo a se prover um resultado o qual seja tão confiável quanto possível com respeito ao valor para c) teor de álcool no combustível, c) que é deduzido a partir dali.
No contexto da invenção, um motor é considerado como 5 operando "a quente" quando a temperatura do resfriante líquido do motor é maior do que 70 ou 80 °C.
De acordo com uma característica vantajosa da invenção, a medição de riqueza de combustão é realizada por Ineio de uma sonda lambda posicionada a jusante de um 10 coletor de exaustão do veículo. Uma sonda lambda como essa já é usada convencionalmente em muitos veículos de motor de combustão para a determinação da riqueza de combustão do motor pela medição do r teor de oxigênio dos gases de exaustão. Seu princípio de operação é baseado, em'resumo, 15 na medição de uma corrente formada pela passagem dos íons de oxigênio molecular através de um corpo poroso da sonda.
Em modalidades preferidas da invenção, o primeiro valor para o teor de álcool é determinado a partir de uma medição de riqueza de combustão realizada após a 20 introdução, em um tanque de combustível do veículo, de um novo volume de combustível e após a estabilização da riqueza de combustão medida. Conforme esta estabilização atesta o fato de que o novo combustível introduzido chegou ao chicote de injeção do veículo, é vantajosamente avaliado 25 a partir deste fato que o valor para c) teor de álcool então obtido é representativo deste novo combustível.
Preferencialmente, o sensor para medição da condutividade elétrica do combustível é posicionado na entrada de um trilho de injeção do motor de combustão ou no 30 referido trilho, com o resultado dessa informação ser i .- colhida dali com respeito ao combustível imediatamente antes de sua injeção. Medidas corretivas para a operação do motor assim podem ser vantajosamente tomadas, em particular com respeito à quantidade de combustível injetada, isto 5 sendo feito virtualmente em tempo real e da forma mais adequada possível para o teor de água do combustível ocorrendo no trilho de injeção.
De acordo com uma característica particularmente vantajosa da invenção, almejada para resolução dos 10 problemas de operação do motor "frio", em particular na partida e nas fases seguintes, o primeiro valor para o teor de álcool é determinado a partir de uma medição de riqueza de combustão realizada imediatamente antes da parada do motor e é armazenado, e o segundo valor para o teor de 15 álcool é determinado imediatamente após a partida subsequente do motor. Isto é entendido como significando que o primeiro valor para o teor de álcool levado em conta é o valor determinado a partir da medição final de riqueza de combustão gravada antes da parada do motor e que o 20 segundo valor para o teor de álcool levado em conta é o valor determinado a partir da primeira medição da condutividade elétrica do combustível gravado após a partida subsequente do motor.
O uso desses respectivos valores torna possível 25 determinar precisamente o teor de água do combustível pronto para ser injetado no motor, bem na partida, e, consequentemente, para se tomar as medidas corretivas mais apropriadas possíveis para operação do motor.
Preferencialmente, a primeira medição da condutividade 30 elétrica do combustível levada em conta para o cálculo do
7 /14 % segundo valor para o teor de álcool é gravada a partir do momento em que a unidade de controle de motor do veículo é comutada para ligado, antes mesmo da partida do motor. As medições são subsequentemente gravadas de forma contínua.
5 Em uma operação "a frio" do motor, os segundos valores para o teor de álcool assim sucessivamente gravados pelo sensor são comparados com c) primeiro valor para o teor de + álcool deduzido a partir da medição final de riqueza de combustão gravada pela sonda lambda antes da parada do 10 motor, este primeiro valor para teor de álcool tendo sido armazenado pela unidade de controle de motor do veículo antes da parada do motor.
O método de acordo com a invenção prova em particular ser inteiramente vantajoso nas configurações nas quais o 15 teor de álcool do combustível está entre aproximadamente 30 e 90%, e o teor de água é maior do que aproximadamente 5%.
A invenção também se refere a um dispositivo para a implementação de um método para determinação do teor de água de um combustível misto de álcool / gasolina em um 20 motor de combustão interna de um veículo, conforme descrito acima. Este dispositivo compreende: - um meio para a medição de riqueza de combustão, preferencialmente uma sonda lambda, - um meio para a determinação de um primeiro valor para 25 teor de álcool do combustível a partir de uma medição da riqueza de combustão gravada por esse meio para medição de riqueza de combustão, - um sensor para medição da condutividade elétrica do combustível, 30 - um meio para a determinação de um segundo valor para
8 /14 · 7 4 teor de álcool do combustível a partir de uma medição gravada por este sensor para medição da condutividade elétrica do combustível, - e um meio para a comparação do referido primeiro valor 5 e do referido segundo valor e para determinação do teor de água do combustível pela atribuição de um valor predeterminado para o teor de água associado ao par consistindo no referido primeiro valor e no referido segundo valor para teor de álcool.
10 Os vários meios acima participando na constituição deste dispositivo já são vantajosamente usados em muitos veículos de motor de combustão híbridos existentes, mais ainda em um arranjo efetivo para a implementação do método de acordo com a invenção. O dispositivo correspondente à 15 definição da presente invenção consequentemente envolve apenas um pequeno gasto adicional para a fabricação e a instalação no dispositivo. Pode ser em particular somado em- uma simples atualização do software executado pela unidade de controle de motor do veículo.
20 Os vários métodos para a determinação dos valores para teor de álcool a partir das medições gravadas, para comparação destes valores e para determinação de um teor de .
água associado vantajosamente podem ser incorporados na unidade de controle do veículo. .
25 Em modalidades preferidas da invenção, o dispositivo adicionalmente compreende meios para o armazenamento do primeiro valor para teor de álcool determinado a partir de uma medição de riqueza de combustão realizada imediatamente antes da parada do motor do veículo.
30 A determinação, por meio do método acima e do
- 7 g dispositivo, de um teor de água do combustível, o qual é maior do que um valor de limite predeterminado pode tornar possível, em particular, alertar ao motorista da presença no motor de um combustível defeituoso. Este sinal de aviso 5 pode assumir a forma, por exemplo, do acendimento de uma luz de aviso no painel.
A informação com respeito a este teor de água também pode ser usada para ajuste dos parâmetros de operação do motor, de modo a se evitarem os problemas os quais podem 10 estar relacionados a isto.
Assim, um outro aspecto da invenção é um método para regulagem da operação de um motor de combustão interna de um veículo, o qual compreende os estágios de: - determinação do teor de água de um combustível misto 15 de álcool / gasolina no motor por um método conforme descrito acima, - e ajuste da quantidade de combustível injetada como uma função do valor do teor de água assim determinado.
Em modalidades preferidas, o estágio de ajuste deste 20 método é realizado na partida do veículo e nos períodos de operação "a frio" do motor.
Este ajuste é refletido por um aumento na quantidade de combustível injetado, quando o teor de água do combustível aumenta. Isto é realizado por meios 25 convencionais por si.
Outros parâmetros de operação do motor, tal como avanço de centelha, a colocação em fase da injeção ou a abertura da válvula de estrangulamento, também podem ser ajustados como uma função do teor de água determinado do 30 combustível.
- "\ e "m A invenção agora será descrita mais especificamente no contexto do exemplo de implementação abaixo, o qual não é limitante de forma alguma da mesma.
Um dispositivo de acordo corn uma modalidade preferida 5 da invenção, para a implementação de um método para determinação do teor de água de um combustível misto de álcool / gasolina em um motor de combustão interna de um veículo compreende: - uma sonda lambda posicionada a jusante de um coletor 10 de exaustão do veículo, - um sensor para a medição da condutividade elétrica do combustível, posicionado na entrada de um trilho de injeção do motor de combustão interna do veículo, - um meio para a transferência de dados respectivamente 15 a partir da sonda lambda e a partir do sensor para medição da condutividade elétrica do combustível para uma unidade de controle de motor do veículo, tal como um barramento de dados, esta unidade de controle de motor compreendendo: 20 - um meio para a determinação de um primeiro valor para teor de etanol do combustível a partir de uma medição de riqueza de combustão gravada pela sonda lambda, - um meio para o armazenamento do primeiro valor para teor de etanol determinado a partir de uma medição de 25 riqueza de combustão realizada imediatamente antes da parada do motor do veículo, - um meio para a determinação de um segundo valor para teor de etanol do combustível a partir de uma medição gravada pelo sensor para a medição da condutividade 30 elétrica do combustível,
"b 11/14 - "1 "Ç. a./ - um meio para a comparação do primeiro valor e do . segundo valor quanto ao teor de etanol, - e um meio para a determinação do teor de água do combustível pela atribuição de um valor predeterminado 5 para teor de água associado ao par consistindo no primeiro valor e no segundo valor para teor de etanol.
A unidade de controle de motor preferencialmente do tipo programado em computador, compreendendo pelo menos um microprocessador, e meios de armazenamento (disco rígido 10 magnético, memória flash, disco ótico e similares) em que um programa de computador é armazenado, na forma de um conjunto de instruções de código de programa a serem executadas, de modo a se realizarem os vários estágios de cálculo do método para a determinação do teor de água de 15 acordo com a invenção. De acordo com algumas modalidades, o dispositivo de cálculo também compreende um ou mais circuitos integrados especializados, de FPGA {arranjo de porta programável no campo), CPLD (dispositivo lógico programável complexo) e similares, de tipo adequado para a 20 realização de todos ou de alguns dos estágios de cálculo do método.
Em um estágio preliminar, um método de acordo com uma modalidade da invenção compreende a formulação experimental de um gráfico associando um valor para teor de água do 25 combustível a cada par consistindo em um primeiro valor para teor de etanol e um segundo valor para teor de etanol, os quais são dados pelos rneios mencionados acima de determinação.
A título de exemplo, para um primeiro valor para teor 30 de etanol, tal como determinado a partir de uma medição de l
I 1 12/14 ""? F' . .
riqueza de combustão gravada pela sonda lambda, igual a Í70°s, a tabela 1 a seguir é assim formulada, em que um valor para teor de água é associado a cada segundo valor para teor de etanol, conforme determinado a partir da 5 condutividade elétrica do combustível: Segundo valor para teor de i 81 I 86 l 87 : 89 etanol medido {%) Valor associado para teor de I 4,9 l 7 I 7,7 | 8,4 I água do combustível (%) Tabela 1 - Valores para teores de água associados a cada dado par de "primeiro valor para teor de etanol igual a 70% - segundo valor variável para teor de etanol" Em uma modalidade preferida do método de acordo com a 10 invenção, a qual de forma alguma é limitante para a mesma, quando o motorista vem a abastecer c) veiculo, por exemplo, pela introdução de combustível ElOO em um tanque o qual já continua uma quantidade residual de gasolina, as medições de riqueza de combustão são adquiridas por meio da sonda 15 lambda até a riqueza de combustão medida ser observada como se estabilizando, o que atenta de fato que o novo combustível, compreendendo gasolina, etanol e potencialmente água, chegou ao injetor. Uma vez que esta estabilização seja obtida, medições sucessivas de riqueza 20 de combustão são adquiridas ern intervalos regulares por meio da sonda lambda e valores sucessivos para teor de etanol no combustível são deduzidos a partir dali, de acordo com os cálculos na competência de uma pessoa versada na técnica. \ 25 O valor afinal assim determinado imediatamente antes da parada do motor é armazenado na unidade de controle do
- %i
F ¶ veículo. A título de exemplo, este valor é igual a 70%.
Na partida subsequente do motor, ou melhor ainda, a partir do momento em que a unidade de controle de motor do veículo é comutada para ligado, antes desta partida, uma 5 medição da condutividade elétrica é adquirida por meio do sensor para medição da condutividade elétrica do combustível e um segundo valor de teor de etanol do combustível é deduzido a partir dali, por exemplo, igual a 86°ó, por cálcul-os na competência de uma pessoa versada na 10 técnica.
Os dois valores para teor de combustível assim obtidos são comparados. Como estes valores são divergentes, o teor de água do combustível é determinado pela atribuição do valor predeterminado associado ao par "70% - 86%", por meio 15 da tabela 1 acima.
Assim, é determinado que o teor de água do combustível é igual a 7%.
A partir desta informação, um método para a regulagem da operação de um motor de acordo com a invenção provê o 20 ajuste da quantidade de combustível injetado durante a operação "a frio" e fases transientes do motor, para levar em consideração uma presença significativa de água no combustível e para evitar maus funcionamentos do motor.
Esta quantidade injetada de combustível é determinada por 25 cálculos os quais estão no escopo de uma pessoa versada na técnica, à medida que, em virtude da presente invenção, uma pessoa versada na técnica agora tem disponívei uma estimativa precisa e confiável do teor de água do combustível alcançando o injetor.
30 A descrição acima claramente ilustra que, em virtude
- .- 5
S de suas características diferentes e suas vantagens, a presente invenção alcança os objetivos os quais foram estabelecidos. Em particular, ela provê um método e um dispositivo para a determinação do teor de água de um 5 combustível misto de álcool / gasolina em um motor de combustão interna de um veículo, os quais são respectivamente simples para a realização e simples na constituição e os quais proveem uma ferramenta efetiva para suplantar os problemas de mau funcionamento, em particular 10 sob condições a frio, do motor na presença de uma quantidade significativa de água no combustível. Em particular, este método e este dispositivo requerem, em particular, para a implementação e o uso respectivamente dos mesinos, apenas umas poucas modificações dos sistemas 15 atuais instalados nos veículos e são consequentemente associados apenas a um custo adicional baixo.

Claims (10)

D b 1/3 G e W 4 , " REIVINDICAÇÕES
1. Método para determinação do teor de água de um combustível misto de álcool / gasolina em um motor de combustão interna de um veículo, caracterizado pelo fato de 5 compreender os estágios de: - determinação de um primeiro valor para o teor de álcool do combustível usando-se uma medição de riqueza de combustível, - determinação de um segundo valor para o teor de álcool 10 do combustível usando uma medição gravada por um sensor para medição da condutividade elétrica do combustível, - comparação do referido primeiro valor e do referido terceira válvula, 15 - e, quando o referido primeiro valor for mais baixo do que c) referido segundo valor, a determinação do teor de água do combustível pela atribuição de um valor predeterminado para o teor de água associado ao par consistindo no referido primeiro valor e no referida 20 segundo valor para o teor de álcool.
2. Método, de acordo com a re.ivindicação 1, caracterizado pelo fato de a medição de riqueza de combustão ser realizada em uma operação "a quente" do motor.
25 3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de a medição de riqueza de combustão ser realizada por meio de uma sonda lambda posicionada a jusante de um coletor de exaustão do veículo.
30 4. Método, de acordo com qualquer uma das r 2/3 . - 'È € U' " reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de o primeiro valor para o teor de álcooi ser determinado a partir de uma medição de riqueza de combustão realizada após a introdução, em um tanque de combustível do veículo, 5 de um novo volume de combustível e após a estabilização da riqueza de combustão medida.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de o sensor para medição da condutividade elétrica do 10 combustível ser posicionado na entrada de um trilho de injeção do motor de combustão interna ou no referido trilho.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de 15 o primeiro valor para o teor de álcool ser determinado a partir de uma medição de riqueza de combustão realizada imediatamente antes da parada do motor e ser armazenado, e pelo fato de o segundo valor para o teor de álcool ser determinado imediatamente após a partida subsequente do 20 motor.
7. Dispositivo para a implementação de um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de compreender: - um meio para a medição de riqueza de combustão, 25 - um meio para a determinação de um primeiro valor para teor de álcool do cornbustível a partir de uma medição da riqueza de combustão gravada pelo referido meio para medição de riqueza de combustão, - um sensor para medição da condutividade elétrica do 30 combustível,
n 4 3/3 :-» a e
W - um meio para a determinação de um segundo valor para teor de álcool do combustível a partir de uma medição gravada pelo referido sensor para medição da condutividade elétrica do combustível, 5 - um meio para a comparação do referido primeiro valor e do referido segundo valor e para determinação do teor de água do combustível pela atribuição de um valor predeterminado para o teor de água associado ao par consistindo no referido primeiro valor e no referido 10 segundo valor para teor de álcool.
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente meios para o armazenamento do primeiro valor para teor de álcool determinado a partir de uma medição de riqueza de combustão 15 realizada imediatamente antes da parada do motor do veículo.
9. Método para a regulagem da operação de um motor de combustão interna de um veículo, caracterizado pelo fato de compreender os estágios de: 20 - determinação do teor de água de um combustível misto de álcool / gasolina no motor por um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, - ajuste da quantidade de combustível injetada como uma função do valor do teor de água assim determinado.
25
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o referido estágio de ajuste ser realizado na partida do veículo e nos períodos de operação "a frio" do motor.
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