BR112014030742B1

BR112014030742B1 - Método, sistema e controlador para controle de um freio de liberação de compressão em um motor e meio de armazenamento não transitório legível por computador

Info

Publication number: BR112014030742B1
Application number: BR112014030742-3A
Authority: BR
Inventors: Andreas Lingens; Roel Peters
Original assignee: Daf Trucks N.V.
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2021-06-15
Also published as: US9546592B2; WO2013183997A1; ES2537702T3; EP2672091B1; RU2014149087A; EP2672091A1; US20150144097A1; PL2672091T3; BR112014030742A2; CN104919162A; RU2643567C2; CN104919162B

Abstract

controle de um freio de liberação de compressão. um método e um sistema são descritos para um freio de liberação de compressão em um motor compreendendo uma tubulação de exaustão conectada a uma turbina fornecida com uma geometria de turbina variável onde a dita turbina é adicionalmente conectada a uma válvula de pressão de retorno para controlar a queda de pressão através da dita turbina onde o método compreende as etapas de: controlar a dita válvula de pressão de retorno com base em uma velocidade de motor medida e uma energia de frenagem desejada; calcular uma pressão de gás de tubulação de exaustão desejada com base na dita velocidade de motor medida e na dita energia de frenagem desejada; e, controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre uma pressão de gás de tubulação de exaustão medida e a dita pressão de gás de tubulação de exaustão desejada calculada seja minimizada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se ao controle de frenagem por liberação de compressão em um motor, e, em particular, apesar de não exclusivamente, a um método e um sistema para o controle de um freio de liberação de compressão em um motor de combustão interna compreendendo um turbocompressor com uma geometria de turbina variável, um controlador de freio de liberação de compressão para uso em tal sistema e um produto de programa de computador utilizando tal método.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Em um motor de combustão interna (IC) possuindo um turbocompressor do tipo de geometria de turbina variável (VTG), a resistência da turbina e a energia distribuída pela turbina para o compressor podem ser controladas pelo ajuste de área de fluxo da entrada da turbina. Quando da utilização de tal VTG, o ajuste da área de fluxo pode ser alcançado pela rotação das palhetas da turbina em uma posição determinada ou transferência de uma parede deslizante dentro da turbina para uma posição determinada. O ajuste de VTG possui um efeito direto na pressão nas tubulações de entrada e exaustão. A energia de frenagem de um freio de compressão em um motor IC depende da pressão de gás nas tubulações de entrada e exaustão de modo que o controle da área de fluxo do VTG forneça a possibilidade de controle da energia de frenagem. Em particular, a variação da área de fluxo de VTG controla a força de frenagem.

[003] No entanto, durante o tempo em que um freio de liberação de compressão está ativo, a relação entre, por exemplo, a posição da palheta da turbina VTG e a pressão de gás nas tubulações de entrada e exaustão não são constantes. Isso pode ser decorrente do fato de a temperatura do gás no motor não permanecer cons- tante e as partes de hardware se expandirem ou encolherem como com uma função da temperatura, que pode resultar em alterações no fluxo de vazamento e funcionamento desse hardware (por exemplo, uma mudança na posição VTG real devido às mudanças na razão de expansão dos braços de conexão). Adicionalmente, a variação de peça para peça do turbocompressor resulta em uma abrangência de fluxo de massa e posição VTG real, que, por fim, resultará em um espalhamento das pressões de gás nas tubulações de entrada e exaustão.

[004] As variações na posição VTG podem ser particularmente um problema quando a área de fluxo da entrada da turbina é pequena. Nessas situações, a pressão de gás no coletor de escape é muito sensível para a posição VTG. Um erro leve na posição VTG pode resultar em um grande desvio de pressão de gás no coletor de escape.

[005] Esse comportamento do sistema torna impossível ou pelo menos muito difícil se obter uma resposta rápida com saída de energia de frenagem estável e confiável com base nas posições VTG pré-selecionadas. Esse efeito tem um impacto profundo na capacidade de utilização do freio de liberação de compressão. Em um aspecto de confiabilidade, pode ser um risco para vários componentes de motor, que podem quebrar no caso de muita pressão de gás no coletor de escape e/ou muito torque de frenagem de motor ser gerado. Para a frenagem de motor manual, mas também para a frenagem de motor solicitada pelas funções do veículo tal como controle de cruzeiro, a variação na energia de frenagem do motor pode causar problemas de conforto ou mesmo problemas de segurança.

[006] Portanto, quando da utilização de um turbocompressor equipado com VTG, é essencial se controlar a posição VTG com base em um controle de circuito fechado na pressão de gás nas tubulações de entrada e/ou exaustão para fornecer uma energia de frenagem constante e confiável com uma resposta rápida. O controle de circuito fechado ajusta a palheta ou posição de parede deslizante da turbina de mo- do que para um conjunto particular de parâmetros de motor, a energia de frenagem máxima possa ser alcançada.

[007] Determinados parâmetros de turbina, no entanto, tal como velocidade de turbina, podem não exceder um máximo predeterminado. Portanto, em velocidades de motor maiores, o controle da área de fluxo VTG para valores pequenos aumentaria substancialmente o risco de a velocidade da turbina exceder uma velocidade de turbina máxima tolerável. Esse efeito pode reduzir substancialmente a faixa operacional do freio de motor. Dessa forma, para os sistemas de controle de freio de motor conhecidos não é possível ou é pelo menos muito difícil se manter a energia de fre- nagem máxima em altas velocidades de motor e/ou em altas altitudes.

[008] Dessa forma, existe a necessidade na técnica por método e sistemas aperfeiçoados para o controle de frenagem de motor de um motor compreendendo um turbocompressor de geometria de turbina variável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] É um objetivo da invenção se reduzir ou eliminar pelo menos uma das desvantagens conhecidas na técnica anterior. Em um primeiro aspecto a invenção pode se referir a um método para o controle de um freio de liberação de compressão em um motor compreendendo um coletor de escape conectado a um turbocompressor fornecido com uma turbina de geometria de turbina variável onde a dita turbina é adicionalmente conectada a uma válvula de pressão de retorno para controlar a queda de pressão através da dita turbina, onde o método pode compreender: o controle da dita válvula de pressão de retorno com base em uma velocidade de motor medida e uma energia de frenagem desejada; a determinação de uma pressão de gás de coletor de escape desejada com base em pelo menos a dita velocidade de motor medida e a dita energia de frenagem desejada; e, controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre uma pressão de gás de coletor de escape medida e a dita pressão de gás de coletor de escape desejada determinada é minimizada. O método permite o controle de pressão de gás do coletor de escape com base em controle combinado de VTG e BPV. Tal controle combinado fornece o aperfeiçoamento significativo na energia de freio produzida, em particular em velocidades de motor maiores e/ou altitudes altas.

[010] Em uma modalidade, a dita pressão de gás de coletor de escape desejada pode ser determinada com base em uma função de pressão de gás de coletor de escape Pexh = f (n, Ps), que pode depender da velocidade de motor medida n e uma energia de frenagem desejada Ps. Em outra modalidade, a dita função de pressão de gás de coletor de escape predeterminada pode ser implementada como uma tabela de consulta em uma memória compreendendo pelo menos os valores de pressão de gás de coletor de escape armazenados como uma função de pelo menos a velocidade de motor e uma energia de frenagem desejada. Em outra modalidade a dita função de pressão de gás de coletor de escape desejada pode depender da velocidade de motor, a pressão de ar ambiente e a energia de frenagem desejada Pexh = f (n, pa, Ps) ou dependendo da velocidade de motor, a pressão de ar da tubulação de entrada e a energia de frenagem desejada Pexh = f (n, pi, Ps). Em uma modalidade, a dita função de pressão de retorno pode depender da velocidade de motor, da pressão de ar ambiente e da energia de frenagem desejada: YBPV = f(n, Pa, Ps); ou, pode depender da velocidade do motor, da pressão de tubulação de entrada de ar e da energia de frenagem desejada: YBPV = f (n, pi, Ps). Dessa forma, nessas modalidades, uma ou mais funções pré-configuradas podem ser utilizadas para controlar a posição VTG e BPV como uma função de vários parâmetros de motor. Preferivel-mente, a posição VTG YBPV é controlada em um circuito de controle fechado onde a diferença entre a pressão de gás de coletor de escape medida e desejada é minimizada e onde a velocidade do motor, a energia de freio desejada e a pressão de ar ambiente ou a pressão de gás de tubulação de entrada podem ser utilizadas como parâmetros de motor para determinar uma pressão de gás de coletor de escape de- sejada. A posição BPV é controlada em um controle aberto como uma função da velocidade do motor, uma energia de freio desejada e, opcionalmente, a pressão de ar ambiente ou pressão de gás de tubulação de entrada de ar. O uso combinado de um circuito de controle fechado e aberto fornece um sistema de controle estável par controlar VTG e BPV de modo que a energia de freio máxima nas velocidades de motor altas e baixas pressões de ar ambiente (por exemplo, em grandes altitudes) possa ser fornecida.

[011] Em outra modalidade, o controle da dita geometria de turbina variável pode compreender: receber uma pressão de gás de coletor de escape desejada; determinar uma geometria de turbina variável desejada utilizando a dita pressão de gás de coletor de escape desejada e a dita pressão de gás de tubulação medida; enviar um sinal de controle associado com a dita geometria de turbina variável desejada para um ou mais acionadores para configuração da dita turbina para dentro da dita geometria de turbina variável desejada.

[012] Em uma modalidade, o controle da dita válvula de pressão de retorno pode compreender: a determinação de uma posição de válvula de pressão de retorno; o envio de um sinal de controle associado com a dita posição de válvula de pressão de retorno para pelo menos um acionador para configurar o dito valor de pressão de retorno para dentro da dita posição de válvula de pressão de retorno.

[013] Em uma modalidade, a dita geometria de turbina variável e a dita válvula de pressão de retorno pode ser controlada de modo que a pressão de gás de coletor de escape máxima seja alcançada enquanto se mantém a velocidade de turbina abaixo de um valor máximo predeterminado. Em uma modalidade acima um valor limite de velocidade de motor predeterminado nT, o BPV pode ser fechado como uma função da velocidade do motor a fim de manter a velocidade da turbina abaixo de uma velocidade máxima permitida, enquanto, ao mesmo tempo, permite a energia máxima de freio. Em outra modalidade, acima de um valor limite de velocidade de motor prede- terminado nT, a posição BPV pode ser controlada entre uma posição 100% aberta e uma posição 40% aberta, enquanto a posição VTG pode ser controlada entre uma posição 10% aberta e uma posição 30% aberta a fim de manter a velocidade de turbina abaixo de uma velocidade máxima permitida, enquanto, ao mesmo tempo, permite a energia máxima de freio. Dessa forma, pelo fechamento (parcial) de BPV, a velocidade da turbina pode ser mantida abaixo de um determinado máximo de modo que os efeitos negativos associados com velocidades de turbina muito altas possam ser evitados e a energia máxima de freio em velocidades de motor altas e/ou pressões de gás ambiente predeterminadas e/ou pressões de gás de tubulação de ar de entrada sejam alcançáveis.

[014] Em uma modalidade, o controle da dita geometria de turbina variável pode compreender: o acionamento de uma ou mais palhetas rotativas de uma turbina de geometria variável; e/ou uma parede deslizante dentro da turbina.

[015] Em outra modalidade, o dito método pode compreender adicionalmente: o recebimento de uma solicitação por uma energia de frenagem desejada.

[016] Em outro aspecto, a invenção pode se referir a um controlador de freio de liberação de compressão em um motor compreendendo um coletor de escape conectado a uma turbina fornecida com uma geometria de turbina variável onde a dita turbina é adicionalmente conectada a uma válvula de pressão de retorno para controlar a queda de pressão através da dita turbina, onde o dito controlador pode ser configurado para: controlar a dita válvula de pressão de retorno com base em uma velocidade de motor medida e uma energia de frenagem desejada; determinar uma pressão de gás de coletor de escape desejada com base em pelo menos a dita velocidade de motor medida e a energia de frenagem desejada; e, controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre a pressão de gás de coletor de escape medida e a dita pressão de gás de coletor de escape desejada calculada seja minimizada.

[017] Em outro aspecto, a invenção pode se referir a um sistema para controlar um freio de liberação de compressão em um motor compreendendo um coletor de escape conectado a uma turbina fornecida com uma geometria de turbina variável, onde o dito sistema pode compreender: um sensor de velocidade de motor; um sensor de pressão de gás de coletor de escape; uma válvula de pressão de retorno conectada à saída da dita turbina para controlar a queda de pressão através da dita turbina; e, um controlador de freio de motor configurado para receber uma solicitação por uma energia de frenagem desejada; para controlar a dita válvula de pressão de retorno com base em uma velocidade de motor medida pelo dito sensor de velo-cidade de motor e a dita energia de frenagem desejada; para calcular uma pressão de gás de coletor de escape desejada com base na dita velocidade de motor medida e energia de frenagem desejada; e para controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre uma pressão de gás de coletor de escape medida e a dita pressão de gás de coletor de escape desejada calculada seja minimizada.

[018] A invenção pode se referir adicionalmente a um produto de programa de computador, implementado no meio de armazenamento não transitório legível por computador, onde o produto de programa de computador pode ser configurado para, quando rodado em um computador, executar qualquer uma das etapas de método como descrito acima.

[019] A invenção será adicionalmente ilustrada com referência aos desenhos em anexo, que ilustrarão de forma esquemática as modalidades de acordo com a invenção. Será compreendido que a invenção não é de forma alguma restringida a essas modalidades específicas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[020] A figura 1 apresenta de forma esquemática pelo menos parte de um motor de combustão interna de acordo com uma modalidade da invenção;

[021] A figura 2 apresenta a saída de energia de frenagem como uma função da pressão de gás de coletor de escape para vários valores da velocidade de motor;

[022] A figura 3 apresenta um esquema de um sistema de frenagem de liberação de compressão de acordo com uma modalidade da invenção;

[023] A figura 4 apresenta a energia de frenagem disponível máxima como uma função do motor com ou sem o uso de um controle BPV de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[024] A figura 1 ilustra de forma esquemática pelo menos parte de um motor de combustão interna compreendendo um sistema de freio de liberação de compressão de acordo com uma modalidade da invenção. Em particular, a figura 1 apresenta pelo menos parte de um motor de combustão interna 102 de um veículo, compreendendo cilindros 104, por exemplo, seis cilindros, fornecidos com pistões, que são fornecidos com uma tubulação de entrada 106 e um coletor de escape 108. O motor é adicionalmente fornecido com um turbocompressor 112 compreendendo um compressor 113 para gerar ar comprimido, que é alimentado através de um resfriador de ar de carga 110 de modo que seja resfriado antes de o ar comprimido ser orientado para a tubulação de entrada.

[025] O ar comprimido é alimentado para dentro dos cilindros através da tubulação de entrada pela abertura de válvulas de ar adjacentes. O ar comprimido é alimentado para dentro dos cilindros através da tubulação de entrada pela abertura das válvulas de ar adjacentes. No final do passo de compressão as válvulas de exaustão localizadas nos cilindros são abertas de modo que o ar comprimido nos cilindros seja alimentado através do coletor de escape para a turbina 115 antes de o pistão no cilindro ter alcançado o centro morto superior. Um eixo rígido 114 conectando a turbina e o compressor é configurado para transferir a energia rotativa da turbina acionada por gás de exaustão para o compressor de modo que um fluxo constante de ar comprimido originário de uma entrada de ar 109 seja alimentado para dentro da tubulação de entrada.

[026] A turbina pode ser configurada como uma turbina de geometria de turbina variável (VTG). Em uma turbina VTG, a área de fluxo da entrada de turbina pode ser ajustada. Em uma modalidade, a área de fluxo pode ser aumentada ou reduzida pela movimentação de uma parede deslizante que cerca a roda da turbina para ou para longe da placa de proteção da turbina. A parede deslizante na VTG pode ser conectada a um mecanismo, que é acionado por um acionador controlado por posição 116. O acionador é conectado à unidade de controle de motor (ECU) 118, que é configurada para controlar o acionador VTG e para receber o retorno do acionador VTG.

[027] Depois que o gás de exaustão passou pela turbina, é alimentado através de uma válvula 120, por exemplo, uma válvula borboleta, localizada em um ponto em particular a jusante do canal de exaustão. Essa válvula pode ser referida como uma válvula de pressão de retorno (BPV). O gás de exaustão pode ser levado através de um sistema de pós-tratamento antes de o gás de exaustão entrar na atmosfera. A BPV pode ser acionada por um acionador controlado por posição 122, que é controlado pela ECU. Quando do fechamento da BPV, a queda de pressão através da turbina pode ser reduzida resultando em uma redução na velocidade turbo e (consequentemente) uma redução na pressão de gás de entrada.

[028] A ECU pode compreender software de controle a fim de determinar o modo de frenagem do motor. Em particular, a ECU pode ser configurada para regular a pressão em várias partes do motor pelo controle dos valores, em particular a VTG e a BPV, com base nos parâmetros de motor de modo que um nível desejado de fre- nagem de motor seja alcançado sem exceder os limites predeterminados do sistema tal como temperatura, pressão e/ou velocidade de turbina. Para essa finalidade, a ECU pode receber informação associada com vários parâmetros de motor. Por exemplo, a ECU pode receber a pressão de gás de coletor de escape medida por um sensor de pressão de coletor de escape 124 localizado no coletor de escape e a velocidade de motor medida por um sensor de velocidade de motor 126. A ECU pode receber adicionalmente a pressão de gás de entrada de ar medida por um sensor de pressão de tubulação de entrada de ar 125, a pressão de ar ambiente medida por um sensor de pressão 128 que é localizado fora do motor e/ou uma demanda de energia de freio desejada 130.

[029] A ECU pode compreender um processador para executar um algoritmo de controle de frenagem de motor para controlar eletronicamente o carregamento de cilindros em um circuito de retorno. Os cilindros são carregados com ar originário a partir da tubulação de entrada de ar e o gás de exaustão originário do coletor de escape no começo do passo de compressão. Dessa forma, a energia de frenagem no nível do mar Ps pode, portanto, ser definida como uma função de vários parâmetros de motor: Ps = f(n, pi, pexh), onde n representa a velocidade de motor; pi representa a pressão de gás na tubulação de entrada e pexh a pressão de gás de exaustão no co-letor de escape.

[030] A figura 2 apresenta a saída de energia de frenagem como uma função da pressão de gás de coletor de escape para vários valores da velocidade de motor, Ps = f(n, pexh). Quando em operação, a área de fluxo da VTG pode ser reduzida, de modo que o gás de exaustão terá uma quantidade aumentada de energia cinética, que será transferida para a roda de turbina aumentando, assim, a velocidade de turbina. Dessa forma, a redução da área de fluxo da VTG irá, dessa forma, aumentar a pressão de gás na tubulação de entrada e o coletor de escape resultando em uma energia de frenagem predeterminada.

[031] Os resultados de teste na figura 2 indicam que uma faixa operacional normal pode ser definida onde a saída de energia de freio mostra uma dependência substancialmente linear da pressão de gás de exaustão no coletor de escape em velocidade de motor constante. Dessa forma, nessa faixa de operação, a parede deslizante e/ou palhetas rotativas na VTG podem agir como um acelerador e fornecer a possibilidade de aumento da pressão de gás no coletor de escape pela redução da área de fluxo da entrada da VTG. Portanto, o controle da VTG pelo ajuste da posição de uma parede divisória e/ou uma ou mais palhetas rotativas fornece a capacidade de controle da saída de energia de frenagem de motor.

[032] A figura 3 apresenta um esquema de um sistema de frenagem de liberação de compressão de acordo com uma modalidade da invenção. Em particular, a figura 3 apresenta um sistema de liberação de compressão compreendendo uma ECU 302 configurada para determinar e enviar sinais de controle para o motor 304 e para receber sinais de retorno, em particular sinais de retorno associados com os parâmetros de motor medidos, do motor. Em uma modalidade, a ECU pode compreender uma função de pressão de gás de coletor de escape 306 que é utilizada para controlar uma VTG 308 no motor. A ECU pode compreender adicionalmente uma função de posição BPV 310 para controlar a posição da BPV 312 no motor. Em uma modalidade, a VTG e a BPV podem ser dispostas de acordo com o sistema descrito com referência à figura 1.

[033] A função de pressão de gás de coletor de escape 306 é definida e implementada na ECU com base nos dados medidos na figura 2. Isso permite a determinação de uma pressão de gás de coletor de escape (desejada) como uma função da velocidade de motor e a energia de freio: pexh = f (n, Ps). A função pode ser implementada na ECU de qualquer forma adequada. Em uma modalidade, os valores de pressão de gás de coletor de escape podem ser armazenado como uma tabela de consulta de pressão de gás de coletor de escape (LUT) na memória associada com a ECU (não ilustrada).

[034] Em uma modalidade, a pressão de gás de tubulação de entrada pi é considerada para ser um valor seguidor da posição VTG e Pexh de modo que as variações em pi não sejam levadas em consideração quando da construção da função de pressão de gás de coletor de escape. Em outra modalidade, também pi pode ser levada em consideração construindo a função de pressão de gás de tubulação: pexh = f (n, pi, Ps). Nesse caso, a influência, por exemplo, das resistências de fluxo no lado de entrada de ar também é levada em consideração.

[035] Dessa forma, a ECU pode determinar uma pressão de gás de coletor de escape predeterminada pexh com base em uma velocidade de motor medida n e uma energia de frenagem desejada P em uma tabela de consulta de pressão de gás de coletor de escape pré-configurada. Essa forma, a área de fluxo efetiva da VTG pode ser determinada para uma posição determinada de modo que uma energia de frena- gem desejada seja alcançada.

[036] A redução da área de fluxo da VTG, aumenta a velocidade turbo. No entanto, à medida que a velocidade de turbina é limitada a um máximo particular, a área de fluxo permitida da VTG não pode ser reduzida de forma ilimitada. Dessa forma, para determinadas regiões de operação de motor, em regiões de operação particulares associadas com as altas velocidades de motor, uma energia de freio máxima desejada pode não ser alcançada devido à falta de acúmulo de pressão de gás no coletor de escape. A fim de aliviar esse problema, a ECU é configurada para controlar a pressão de gás de coletor de escape com base na VTG em conjunto com a BPV como apresentado na figura 3. Dessa forma, a fim de evitar que a velocidade da turbina entre em uma região de valores de velocidade de turbina não permitidos, a BPV pode ser controlada para reduzir a queda de pressão através da turbina. Dessa forma, a pressão de gás de exaustão e, dessa forma, a energia de frenagem podem ser mantidas altas, enquanto se mantém a velocidade de turina dentro de sua faixa operacional.

[037] A fim de se controlar a BPV em conjunto com a VTG, uma função de posição de BPV 310 pode ser definida permitindo a determinação das posições de válvula YBPV da BPV como uma função dos parâmetros de motor. Em uma modalidade, a função de posição BPV pode ser definida como uma função da velocidade de motor e a energia de frenagem YBPV = f(n, Ps). As posições da BPV como uma função desses parâmetros podem ser armazenadas na memória da ECU como uma tabela de consulta de posição BPV. A ECU pode utilizar a tabela de consulta de pressão de gás de coletor de escape e tabela de consulta de posição de BPV a fim de controlar a pressão de gás de coletor de escape como uma função das configurações VTG e BPV. Dessa forma, um sistema de frenagem de liberação de compressão é alcançado e configurado par fornecer uma energia de frenagem máxima alta através de uma faixa estendida de velocidades de motor.

[038] O processo executado pela ECU pode ser acionado por um sinal de solicitação de energia de freio externo 314 para gerar uma energia de frenagem de motor desejada P. O sinal de solicitação pode ser gerado por um sistema de frenagem manual ou uma função de veículo predeterminada tal como um sistema de controle de cruzeiro. A ECU pode receber, adicionalmente, parâmetros de motor tal como velocidade de motor n 316 e a pressão de gás de coletor de escape pexh 324. A ECU pode utilizar a tabela de consulta de gás de exaustão de tubulação para calcular uma pressão de gás de coletor de escape desejada pexh com base nas variáveis de entrada n e P.

[039] A ECU pode compreender adicionalmente uma função de correção de pressão ambiente VTG CVTG = f (n, Pa) 320 para calcular os valores de correção de VTG CVTG. Uma correção VTG pode ser necessária como a relação entre a posição VTG, pexh e pi pode variar com relação às variações na pressão de ar ambiente (note-se que a entrada de ar do compressor é conectada ao ar ambiente). Dessa forma, a ECU pode ser configurada para receber um valor de pressão de ar ambiente pa de um sensor de pressão de ar ambiente 322 e para calcular um valor de correção VTG que é subsequentemente utilizado para calcular uma pressão de gás de coletor de escape desejada pexh,d (que é corrigido para a pressão ambiente) utilizando uma re- lação predeterminada entre o valor de correção VTG e a pressão de exaustão no nível do mar: pexh,d = f (pexh, CVTG). Em outra modalidade, ao invés de uma função de correção de pressão ambiente VTG separada, uma função de pressão de gás de coletor de escape desejada pexh,d = f (n, pa, Ps) pode ser determinada.

[040] Um comparador 326, que pode ser configurado para receber os valores de pressão de gás de coletor de escape medidos pexh,m, pode determinar subsequentemente a diferença entre a pressão de gás de coletor de escape medida real pexh,m 324 e a pressão de gás de coletor de escape desejada pexh,d e determinar uma nova posição VTG desejada YVTG = f(pexh,m, pexh,d) de modo que a diferença entre a pressão de gás de coletor de escape desejada e medida seja minimizada. A posição calculada YVTG associada com a VTG é, portanto, transmitida em um sinal para o acio- nador VTG 328, que posiciona a VTG de acordo com esse sinal.

[041] Em oura modalidade, em adição aos valores de correção de VTG, a ECU pode compreender adicionalmente uma função de correção de pressão ambiente BPV CBPV = f (n, pa) 330 para calcular os valores de correção de posição BPV CBPV. Esse valor de correção pode ser necessário visto que a relação entre a posição BPV, pexh e pi também possa variar com relação às variações na pressão de ar ambiente. Dessa forma, com base em uma pressão ambiente e uma velocidade de motor medida um valor de correção de posição de BPV pode ser determinado que é subsequentemente utilizado no cálculo de um valor de posição de BPV corrigido Y'BPV que é subsequentemente enviado para o acionador BPV 332, que posiciona a BPV de acordo com esse sinal. Em outra modalidade, ao invés de uma função de correção de pressão ambiente BPV separada, uma função de posição BPV corrigida Y'BPV = f (n, pa, Ps) pode ser determinada. Ao invés de pressão ambiente, em alguma modalidade, a pressão de gás de tubulação de entrada de ar medida pi 325 pode ser utilizada par determinar uma função de pressão de gás de coletor de escape desejada pexh,d = f (n, pi, Ps) e/ou uma função de posição BPV corrigida Y'PBV=f(n, pi, Ps). Nesse caso, os efeitos associados com a resistência de fluxo de entrada de ar na energia de freio gerada também podem ser levados em consideração.

[042] A figura 4 apresenta a energia de freio máxima disponível como uma função da velocidade de motor com e sem o uso de um controle BPV de acordo com uma modalidade da invenção. Afigura 4 apresenta adicionalmente o controle das posições VTG e BPV como uma função da velocidade do motor a fim de alcançar o controle de energia de freio aperfeiçoado desejado. Como pode ser claramente derivado a partir dos gráficos, para velocidades de motor até um determinado valor (nessa configuração em particular em torno de 1600 a 1700 rpm), a energia de freio aumenta aproximadamente de forma linear com as velocidades de motor. Nessa região, a posição BPV é totalmente aberta e a pressão de exaustão pode ser controlada apenas pela abertura da área de entrada da VTG quando a velocidade de motor aumenta. Para velocidades de motor acima de um valor limite predeterminado nT, nesse exemplo, aproximadamente 1700 rpm, efeitos associados com as limitações físicas do turbocompressor, em particular, as limitações associadas com a velocidade de turbina, começam a aparecer. A curva de energia de freio medida sem o controle BPV mostra que em velocidades de motor acima do valor limite de velocidade de motor nT, as limitações associadas com a velocidade de turbina podem causar uma degradação considerável na energia de freio produzida quando nenhum controle BPV é utilizado. Obviamente, o valor limite de velocidade de motor nT depende da implementação em particular do motor e, em particular, do turbocompressor.

[043] Dessa forma, para velocidades acima do valor limite de velocidade de motor nT, a ECU começará a fechar a BPV como uma função da velocidade do motor a fim de manter a velocidade da turbina abaixo de sua velocidade máxima permitida, que não permite, ao mesmo tempo, uma energia máxima de freio. Como pode ser observado a partir da figura 4, a posição BPV é uma função não linear da velocidade do motor. Em um intervalo relativamente curto depois do valor limite, nesse caso entre 1700 e 1900 rpm, a ECU controla a posição de BPV para uma posição aproximadamente 60 a 50% aberta. Depois disso, no intervalo entre 1900 e 2300 rpm, a posição BPV é controlada para uma posição aproximadamente 45 a 40% aberta. Durante o fechamento da BPV, a VTG é aberta lentamente para aumentar as velocidades. No entanto, a taxa na qual a VTG é aberta é muito mais lenta quando comparada com o caso no qual não há controle de BPV. Isso se deve ao fato de a VTG precisar ser mantida mais fechada a fim de compensar a redução no fluxo de massa decorrente da redução na queda de pressão através da turbina.

[044] Dessa forma, a partir do acima exposto, segue-se que depois que o motor alcança um valor limite predeterminado, a ECU iniciará o controle da posição de VTG em conjunto com a posição BPV. Em particular, a ECU controlará a posição BPV entre uma posição totalmente aberta e uma posição parcialmente aberta (até em torno de 30 a 40% em altas velocidades de motor, isso é, velocidades superiores a aproximadamente 2200 rpm) como uma função da velocidade do motor. Ao mesmo tempo, a ECU controlará a posição VTG entre 10 e 30% aberto como uma função da velocidade do motor. Um controle de pressão de gás de coletor de escape com base no controle combinado de VTG e BPV aperfeiçoa de forma significativa a energia de freio produzida, em particular, em velocidades de motor mais altas e/ou maiores altitudes.

[045] Uma modalidade da descrição pode ser implementada como um produto de programa para uso com um sistema de computador. Os programas do produto de programa definem funções das modalidades (incluindo os métodos descritos aqui) e podem ser contidos em uma variedade de meios de armazenamento legíveis por computador. O meio de armazenamento legível por computador pode ser um meio de armazenamento não transitório. Meios de armazenamento legíveis por computador ilustrativos incluem, mas não estão limitados a: (i) meio de armazenamento não escrito (por exemplo, dispositivos de leitura apenas dentro de um computador tal como discos de CD-ROM legíveis por um acionador de CD-ROM, chips ROM ou qualquer tipo de memória semicondutora não volátil de estado sólido) onde informação é permanentemente armazenada; e (ii) meios de armazenamento que podem ser escritos (por exemplo, disquetes dentro de um acionador de disquete ou aciona- dor de disco rígido ou qualquer tipo de memória semicondutora de acesso randômi- co de estado sólido, memória flash) onde informação alterável é armazenada.

[046] Deve-se compreender que qualquer característica descrita com relação a qualquer modalidade pode ser utilizada sozinha, ou em combinação com outras características descritas, e também pode ser utilizada em combinação com uma ou mais características de qualquer outra das modalidades, ou qualquer combinação de qualquer outra das modalidades. Ademais, a invenção não está limitada às modalidades descritas acima, que podem variar dentro do escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. Método para controlar um freio de liberação de compressão em um motor (102, 304) compreendendo um coletor de escape (108, 324) conectado a um turbocompressor (112) fornecido com uma turbina de geometria de turbina variável (VTG) (115, 308) em que a dita turbina é adicionalmente conectada a uma válvula de pressão de retorno (120, 312) para controlar a queda de pressão através da dita turbina, o método compreendendo: controlar a dita válvula de pressão de retorno (120, 312) com base em uma velocidade de motor medida e uma energia de frenagem desejada; o método CARACTERIZADO por: determinar uma pressão de gás de coletor de escape desejada com base em pelo menos a dita velocidade de motor medida e a dita energia de frenagem desejada; e controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre uma pressão de gás de coletor de escape medida e a dita pressão de gás de coletor de escape desejada determinada seja minimizada.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da dita pressão de gás de coletor de escape desejada ser determinada com base em uma função de pressão de gás de coletor de escape pexh = f (n, Ps); preferivelmente a dita função de pressão de gás de coletor de escape predeterminada sendo implementada como uma tabela de consulta em uma memória compreendendo os valores de pressão de gás de coletor de escape armazenados como uma função de pelo menos a velocidade de motor e a energia de frenagem.

3. Método, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato da dita pressão de gás de coletor de escape desejada ser uma função dependente de pressão de ar ambiente pexh = f (n, pa, Ps) ou de pressão de coletor de escape de entrada de ar pexh = f(n, pi, Ps).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato da dita válvula de pressão de retorno (120, 312) ser controlada utilizando uma função de válvula de pressão de retorno predeterminada para determinar a informação de posição da dita válvula de pressão de retorno como uma função de pelo menos a dita velocidade de motor e a dita energia de frenagem desejada YBPV = f (n, Ps); preferivelmente a dita função de válvula de pressão de retorno predeterminada sendo implementada como uma tabela de consulta em uma memória compreendendo os valores de posição de válvula de pressão de retorno armazenados como uma função de pelo menos a velocidade de motor e a energia de frenagem.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato da dita função de pressão de retorno ser adicionalmente dependente de pressão de ar ambiente YBPV = f(n, pa, Ps) ou de pressão de coletor de escape de entrada de ar YBPV = f(n, pi, Ps).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato do controle da dita geometria de turbina variável compreender: receber uma pressão de gás de coletor de escape desejada; determinar uma geometria de turbina variável desejada utilizando a dita pressão de gás de coletor de escape desejada e a dita pressão de gás de coletor de escape medida; enviar um sinal de controle associado com a dita geometria de turbina variável desejada para um ou mais acionadores (116, 328) para configurar a dita turbina (115, 308) na dita geometria de turbina variável desejada.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato do controle da dita válvula de pressão de retorno (120, 312) compreender: determinar uma posição de válvula de pressão de retorno; enviar um sinal de controle associado com a dita posição de válvula de pressão de retorno para pelo menos um acionador (122, 332) para configurar o dito valor de pressão de retorno na dita posição de válvula de pressão de retorno.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato da dita geometria de turbina variável e da dita válvula de pressão de retorno (120, 312) serem controladas de modo que a pressão de gás de coletor de escape máxima seja alcançada enquanto mantém a velocidade de turbina abaixo de um valor máximo predeterminado.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de acima de um valor limite de velocidade de motor predeterminado nT, a válvula de pressão de retorno ser fechada como uma função da velocidade de motor de modo a manter a velocidade de turbina abaixo de uma velocidade máxima permitida, enquanto que ao mesmo tempo permite a energia máxima de freio.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de acima de um valor limite de velocidade de motor predeterminado nT, a posição de válvula de pressão de retorno (120, 312) ser controlada entre uma posição 100% aberta e uma posição 40% aberta, enquanto a posição de VTG é controlada entre uma posição 10% aberta e uma posição 30% aberta.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato do controle da dita geometria de turbina variável compreender: acionar uma ou mais palhetas rotativas de uma turbina de geometria variável (115, 308); e/ou uma parede deslizante dentro da turbina.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente: receber uma solicitação para uma energia de frenagem desejada.

13. Controlador de freio de liberação de compressão em um motor (102, 304) compreendendo um coletor de escape (108, 324) conectado a uma turbina (115, 308) fornecida com uma geometria de turbina variável em que a dita turbina é adicionalmente conectada a uma válvula de pressão de retorno (120, 312) para controlar a queda de pressão através da dita turbina, o dito controlador sendo configurado para controlar a dita válvula de pressão de retorno (120, 312) com base em uma velocidade de motor medida e uma energia de frenagem desejada; e CARACTERIZADO pelo fato do dito controlador ser ainda configurado para: determinar uma pressão de gás de coletor de escape desejada com base em pelo menos a dita velocidade de motor medida e a energia de frenagem desejada; e controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre uma pressão de gás de coletor de escape medida e a dita pressão de gás de coletor de escape desejada determinada seja minimizada.

14. Sistema para controlar um freio de liberação de compressão em um motor (102, 304) compreendendo um coletor de escape (108, 324) conectado a uma turbina (115, 308) fornecida com uma geometria de turbina variável, o dito sistema compreendendo: um sensor de velocidade de motor (126, 316); um sensor de pressão de gás de coletor de escape (124, 324); uma válvula de pressão de retorno (120, 312) conectada à saída da dita turbina (115, 308) para controlar a queda de pressão através da dita turbina; e um controlador de freio de liberação de compressão configurado para receber uma solicitação para uma energia de frenagem desejada; e para controlar a dita válvula de pressão de retorno (120, 312) com base em uma velocidade de motor medida pelo dito sensor de velocidade de motor e na dita energia de frenagem desejada; CARACTERIZADO pelo controlador ser ainda configurado: para calcular uma pressão de gás de coletor de escape desejada com base na dita velocidade de motor medida e energia de frenagem desejada; e para controlar a dita geometria de turbina variável de modo que a diferença entre uma pressão de gás de coletor de escape medida e a dita pressão de gás de coletor de escape desejada calculada seja minimizada.

15. Meio de armazenamento não transitório legível por computador CARACTERIZADO pelo fato de compreender instruções para executar as etapas de método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.