BR112015015189B1 - Método de operação de um motor a diesel e disposição de motor a diesel possuindo modos de operação plurais - Google Patents

Método de operação de um motor a diesel e disposição de motor a diesel possuindo modos de operação plurais Download PDF

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Abstract

método de operação de um motor a diesel e disposição de motor a diesel possuindo modos de operação plurais a presente invenção se refere a um método de operação de um motor a diesel possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão [exhaust aftertreatment system (eats)] incluindo um ou mais aparelhos para controle de níveis de nox de exaustão, o motor incluindo uma pluralidade de sistemas e componentes, pelo menos alguns destes sistemas e componentes sendo adaptados para serem ajustados para um ou mais pontos de ajuste de controle para um ou mais acionadores de base do motor. em concordância com a presente invenção, o método inclui estabelecimento de uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de operação de motor diferindo a partir de qualquer outro modo de operação de motor com respeito para pelo menos um ponto de ajuste de controle, para cada modo de operação de motor, mapeamento de economia de combustível versus níveis de no x deixando o eats é proporcionado.

Description

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere genericamente para métodos de operação de motores a diesel e para disposições de motor a diesel e, mais particularmente, para tais métodos de operação de motores a diesel e disposições de motor a diesel que envolvem modos de operações de motor plurais.
PANORAMA E RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO
[002] Motores a diesel são freqüentemente operados em uma pluralidade de modos de operação discretos que diferem um a partir do outro com respeito para um ou mais diferentes pontos de ajuste de acionadores de base de motor. Por exemplo, em um modo de operação, uma disposição de motor incluindo uma linha de EGR poderia possuir um ponto de ajuste no qual uma válvula de EGR é aberta enquanto, em um outro modo de operação, a válvula de EGR pode ser fechada.
[003] Alguns motores são controlados para possuírem uma variedade de diferentes ajustes de acionadores de base de motor de uma maneira particular para diferentes modos de operação. Por exemplo, um ajustamento de acionadores de base de motor pode produzir um "modo de economia de combustível" no qual o objetivo é o de conservar combustível, independentemente, por exemplo, de salda de níveis de NOX a partir da disposição de motor. Um outro ajustamento de acionadores de base de motor pode produzir um "modo de baixo calor" no qual o objetivo é o de produzir temperaturas de motor ou exaustão em uma temperatura particular. Ainda um outro ajustamento de acionadores de base de motor pode produzir um "modo de alto calor" no qual o objetivo é o de produzir temperaturas de motor ou de exaustão mais altas do que aquelas que são produzidas em modo de baixo calor, tais como para propósitos de regeneração ativa de um filtro de particulado de diesel [diesel particulate filter (DPF)].
[004] Regulamentações de qualidade de ar em muitos paises presentemente limitam várias emissões, tais como de óxidos de nitrogênio (NOX) a partir, por exemplo, de veiculos. Vários sistemas e componentes de pós-tratamento de exaustão foram desenvolvidos para dar cumprimento para estes requerimentos. Em esforços para dar cumprimento para estes requerimentos, o foco é tipicamente sobre se, sob determinadas condições de operação, os limites de emissões são satisfeitos. Os inventores reconheceram que não tem sido feita substancialmente nenhuma consideração da relativa economia de combustível de operação com um conjunto de pontos de ajuste de controle de acionador de base de motor que venham a dar cumprimento para requerimentos de emissão versus operação com um outro conjunto de pontos de ajuste de controle de acionador de base de motor que também dá cumprimento para os requerimentos de emissões. Os inventores reconheceram que podem existir circunstâncias onde pode ser desejável permutar para um outro modo de operação a partir de um modo de operação corrente, ainda que a operação no modo de operação corrente dá cumprimento para os requerimentos de emissões, de maneira a conseguir melhor economia de combustível.
[005] Em concordância com um aspecto da presente invenção, um método é proporcionado de operação de um motor a diesel possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão [exhaust aftertreatment system (EATS)] incluindo um ou mais aparelhos para controle dos níveis de NOX de exaustão, o motor compreendendo uma pluralidade de sistemas e de componentes, pelo menos alguns destes sistemas e componentes sendo adaptados para serem ajustados para um ou mais pontos de ajuste de controle para um ou mais acionadores de base do motor. 0 método compreende estabelecimento de uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de operação diferindo a partir de qualquer outro modo de operação com respeito para pelo menos um ponto de ajuste de controle; para cada modo de operação, mapeamento de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS; seleção de um modo de operação a partir de entre a pluralidade de modos de operação de maneira que exaustão deixando o EATS contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia; e operação de motor no modo de operação selecionado.
[006] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, um método é proporcionado de operação de um motor a diesel possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão (EATS) incluindo um ou mais aparelhos para controle de níveis de NOX de exaustão. 0 método compreende operação do motor em um primeiro modo com uma série de pontos de ajuste de controle para uma pluralidade de acionadores de base do motor; operação do motor em um segundo modo com uma segunda série de pontos de ajuste de controle para a pluralidade de acionadores de base, pelo menos um ponto de ajuste de controle da primeira série e da segunda série de pontos de ajuste de controle sendo diferentes; rastreamento de massa de exaustão ou de fluxo de volume através do EATS, de niveis de NOX deixando o EATS e de temperatura no EATS para o motor sobre uma pluralidade de velocidades e de cargas de motor no primeiro modo e no segundo modo; e seleção de um do primeiro modo e do segundo modo de maneira que, para uma determinada velocidade e carga de motor, exaustão deixando o EATS contém NOX em não mais do que um nivel de NOX pré- determinado e uma quantidade minima de combustível é consumida por unidade de energia.
[007] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, uma disposição de motor a diesel compreende um motor a diesel possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão [exhaust aftertreatment system (EATS)], urn sensor de NOX disposto para sensoriar os níveis de NOX deixando o EATS, e um controlador disposto para receber um sinal a partir do sensor de NOX, o controlador compreendendo um mapa de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS para uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de operação de motor diferindo a partir de qualquer outro modo de operação de motor com respeito para pelo menos um acionador de base do motor, o controlador sendo programado para selecionar um da pluralidade de modos de operação e provocar que o motor venha a operar no modo de operação selecionado de maneira que, para uma determinada velocidade e carga de motor exaustão deixando o EATS contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO
[008] As características e vantagens da presente invenção irão ser mais bem compreendidas pela leitura da descrição em maiores detalhes a seguir em conjunção e com referência para os Desenhos das Figuras acompanhantes nos quais numerais assemelhados indicam elementos similares. Nos Desenhos das Figuras acompanhantes:
[009] A Figura 1 é uma vista esquemática de uma disposição de motor em concordância com um aspecto da presente invenção;
[010] A Figura 2 é um gráfico ilustrando um registro de uma porcentagem de tempo em que um motor ilustrativo gastou em particulares cargas e velocidades de motor; e
[011] A Figura 3 é um gráfico ilustrando uma relação entre consumo de combustível e sistema de níveis de NOX de exaustão para um motor em concordância com um aspecto da presente invenção.
[012] Os Desenhos das Figuras acompanhantes são somente representações esquemáticas / diagramáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações exemplificativas neles representadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO
[013] A Figura 1 mostra uma disposição de motor a diesel (21) em concordância com um aspecto da presente invenção. A disposição de motor a diesel (21) compreende um motor a diesel (23) possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão [exhaust aftertreatment system (EATS)] (25). Um sensor de NOX (27) é disposto para sensoriar niveis de NOX deixando o EATS (25). A disposição de motor a diesel (21) é particularmente útil em conexão com utilização em um veiculo tal como um caminhão, entretanto, a mesma pode ser utilizada em uma variedade de outras aplicações, como tal.
[014] A disposição de motor a diesel (21) pode incluir um compressor (29) à montante do motor a diesel (23) que comprime, usualmente, ar ambiente. 0 compressor (29) pode ser associado com uma turbina (31) como parte de um turbocharger (33) . A disposição de motor (21) pode adicionalmente incluir um refrigerador de ar de carga [charge air cooler (CAC)] (35) à montante do motor a diesel (23) e à jusante do compressor (29), uma válvula de regulador de pressão (37) à montante do motor a diesel (23) e à jusante do refrigerador de ar de carga (35), válvulas de admissão de cilindro de motor (39) para cilindros (40) , válvulas de exaustão de cilindro (41), válvulas de injeção de combustível (43), bombas de combustível (45), e uma linha de re~circulação de gás de exaustão [exhaust gas recirculation (EGR)] (47) compreendendo uma válvula de recirculação de gás de exaustão (EGR) (49). A linha de EGR (47) irá ser convencionalmente estendida a partir de um ponto à jusante do motor a diesel (23) e à montante da turbina (31) para um ponto à montante do motor a diesel (23) . Um refrigerador (51) pode ser proporcionado na linha de EGR (47) entre a válvula de EGR (49) e o ponto à montante do motor a diesel (23) . Uma linha de bypass (53) pode também ser conectada entre a válvula de EGR (49) e o ponto à montante do motor a diesel (23) no evento em que não é desejado refrigerar o gás de EGR no refrigerador (51) .
[015] A disposição de motor a diesel (21) pode ser operada em uma pluralidade de diferentes modos de operação por mudança de um ou mais pontos de ajuste de controle dos quais irão aqui ser referenciados como acionadores de base do motor. Acionadores de base irão ser definidos como aqueles componentes do motor que afetam como o motor opera em diferentes velocidades e cargas. Por exemplo, o/s ponto/s de ajuste do compressor (29) [e de uma turbina associada (31) de um turbocharger (33)] poderia/m ser variado/s para alterar pressão de ar de admissão de motor; o ponto de ajuste do CAC (35) poderia ser variado para alterar temperatura de câmara de combustão, tal como por bypassing do CAC; o ponto de ajuste da válvula de regulador de pressão de ar de admissão (37) poderia ser variado para alterar volume e pressão de ar de admissão de motor; os pontos de ajuste de válvulas de admissão de cilindro (39) e/ou de válvulas de exaustão de cilindro (41) poderiam ser variados por temporização de avanço ou de retardo de sua abertura; os pontos de ajuste de válvulas de injeção de combustível (43) podem ser variados por temporização de avanço ou de retardo de suas aberturas; o ponto de ajuste de uma bomba de combustível (45) pode ser variado por aumento ou diminuição de pressão; o ponto de ajuste de uma turbina (33) pode ser variado por aumento ou diminuição de pressão de retorno de turbina; e o ponto de ajuste de uma válvula de EGR (49) pode ser variado por abertura ou fechamento completamente ou parcialmente da válvula. 0 anteriormente exposto deveria ser compreendido como ser meramente ilustrativo de acionadores de base de motor e como a maneira pela qual seus pontos de ajuste poderiam ser variados. Muitos conceitos de motor irão possuir adicionais, poucos, ou diferentes acionadores de base de motor, e muitos acionadores de base de motor podem possuir pontos de ajuste que podem ser variados de diferentes maneiras outras do que aquelas listadas anteriormente. Exemplos de diferentes tipos de conceitos de motor incluem, por intermédio de ilustração unicamente e não de limitação, disposições de motor com disposições de turbo composto, disposições de motor sem EGR, disposições de motor com turbinas de geometria variável, múltiplos turbochargers, turbochargers de múltiplo estágio, e turbochargers gêmeos (turbo compressores) , disposições de motor com turbinas de geometria variável com EGR, turbinas de geometria fixada com EGR, motores de dois cursos e motores de quatro cursos.
[016] 0 EATS (25) da disposição de motor a diesel (21) irá tipicamente incluir uma pluralidade de dispositivos de pós-tratamento, tais como um catalisador de oxidação de diesel [diesel oxidation catalyst (DOC)] (55), urn injetor (57) para dosagem de combustível, tipicamente à montante do DOC (55), um filtro de particulado de diesel [diesel particulate filter (DPF) ] (59), um catalisador de redução catalítica seletiva [selective catalytic reduction (SCR)] (61), urn injetor de redutor (63) para injeção de redutor à montante do SCR, e uma armadilha de NOX empobrecido (65). 0 anteriormente exposto é meramente ilustrativo de componentes típicos do EATS (25). 0 EATS (25) não necessita incluir todos dos componentes ilustrados, e pode incluir adicionais ou diferentes componentes de pós-tratamento.
[017] Um controlador (67) é disposto para receber um sinal a partir de um sensor tal como o sensor de NOX (27) , e bem como a partir de todos ou de alguns dos outros acionadores de base e componentes do EATS (25), e quaisquer outros componentes fazendo parte da disposição de motor sobre um sistema maior do qual a disposição de motor é uma parte, tal como um veiculo no qual a disposição de motor é disposta. O controlador (67) compreende um mapa de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) [que podem ser mensurados pelo sensor de NOX (27)] para uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de modo de operação de motor diferindo a partir de qualquer outro modo de operação de motor com respeito para pelo menos um acionador de base do motor (23) . O controlador (67) é programado para selecionar um da pluralidade de modos de operação e provocar que o motor (23) venha a operar no modo de operação selecionado de maneira que, para uma determinada velocidade e carga de motor, exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia.
[018] Os mapas de economia de combustível versus níveis de NOX irão ser periodicamente ou continuamente atualizados (updated) por registro (gravação) periodicamente ou continuamente destes níveis em várias velocidades e cargas de motor. A quantidade de tempo que o motor gasta, em diferentes velocidades e cargas de motor, irá também convencionalmente ser rastreada e continuamente ou periodicamente atualizada. Um gráfico ou mapa ilustrando um registro da porcentagem de tempo que um motor ilustrativo gastou em diferentes velocidades (Vel_Motor) (Spd_Engine) e cargas (Tor_Motor) (Trq_Engine) de motor é mostrado na Figura 2. Economia de combustível e niveis de NOX são mapeados para as várias velocidades e cargas de motor nos vários modos de operação. O mapa pode ser atualizado periodicamente ou continuamente para refletir mudanças em economia de combustível e niveis de NOX nas várias velocidades e cargas de motor, que podem levar em consideração as mudanças, tal como envelhecimento de componentes de EATS.
[019] Além do mais, quando, para um determinado motor, o mapa da quantidade de tempo que o motor gasta em diferentes velocidades e cargas muda em um ou mais dos modos disponíveis, a economia de combustível calculada para o modo também muda. Economia de combustível e niveis de NOX são fundamentada/os sobre o mapa de tempo em várias velocidades e cargas de motor como na Figura 2 e, consequentemente, quando o mapa de tempo em velocidade e carga de motor muda, o mapa de economia de combustível e de niveis de NOX nas várias velocidades e cargas de motor registradas irá também mudar.
[020] Tipicamente, a disposição de motor a diesel (21) irá possuir pelo menos dois modos de operação que poderiam ser abrangentemente descritos como um "modo de operação normal" e um "modo de calor de motor". Vários diferentes modos podem ser proporcionados dentro do modo de operação normal, tal como um "modo de economia de combustível" ajustado para otimizar consumo de combustível e que pode resultar em níveis de alto NOX; um "modo sem carga (neutro) de baixo NOX" no qual o motor está sem carga, mas é ajustado para manter níveis de baixo NOX; um "modo de partida a frio" quando o motor está excessivamente frio para operação normal convencional; um "modo de proteção de EGR" utilizado quando a válvula de EGR (49) é fechada ou parcialmente fechada; ou um modo fora de rodovia (off- highway) utilizado para operação robusta em baixas velocidades de veículo. Modo de calor de motor irá convencionalmente incluir diferentes modos, tal como um "modo de baixo calor" no qual temperatura de exaustão em um veículo em movimentação é aumentada acima de temperaturas que deveriam resultar a partir de operação normal e que tipicamente envolve alguma forma de penalidade de combustível, tal como poderia resultar a partir de gás de EGR aquecido ou um bypass do CAC; um "modo de alto calor" no qual temperatura de exaustão em um veículo em movimentação é adicionalmente aumentada e que tipicamente envolve alguma forma adicional de penalidade de combustível, tal como poderia resultar a partir de operação de um dispositivo tal como, mas não limitado para, uma válvula (68) para aumento de pressão de retorno no EATS (25) ; e um "modo estacionado de alto calor". Outros modos de operação poderiam ser proporcionados, tal como para utilização com diferentes conceitos de motor, e nem todos os conceitos de motor possuem os mesmos modos de operação.
[021] Para propósitos do presente pedido de patente, uma disposição de motor a diesel (21) com três modos de operação de motor, a saber, um modo de economia de combustível; um modo de baixo calor e um modo de alto calor; irá ser apresentada. Irá ser apreciado que a presente invenção é aplicável para disposições de motores possuindo adicionais ou outros modos de operação. Para modo de economia de combustível, modo de baixo calor, e modo de alto calor, o motor (23) é adaptado para interpolar entre um modo de alto NOX e um modo de baixo NOX por ajustamento de um ou mais de parâmetros de operação de motor, o que não é necessariamente verdadeiro de todos os modos de operação de motor. É assumido para propósitos de apresentação que interpolação entre modo de alto NOX e modo de baixo NOX ocorre ao longo de uma linha reta, entretanto, este não é necessariamente o caso. Os parâmetros de operação de motor podem envolver o ajustamento de um ou mais pontos de ajuste de acionador de base ou outro parâmetro de operação afetando carga de motor, velocidade de motor, economia de combustível e/ou temperatura de gás de exaustão.
[022] 0 controlador (67) é programado de maneira que, para seja qual for o modo de operação (economia de combustível, baixo calor ou alto calor) o motor (23) é permitido interpolar em direção do modo de alto NOX no modo de operação selecionado para não mais alto do que um ponto no qual níveis de NOX de exaustão estão no ou abaixo do nível de NOX pré-determinado. Como observado no gráfico na Figura 3, quando o motor (23) interpola em direção do modo de alto NOX enquanto de operação no modo de operação selecionado (modo de economia de combustível no exemplo ilustrado da Figura 3) , quando os, ou antes, que os níveis de NOX estão/estejam no nível de NOX pré-determinado (0,40 g/kWh no exemplo ilustrado) um diferente modo de operação de motor (modo de baixo calor no exemplo ilustrado) é selecionado a partir de entre a pluralidade de modos de operação de maneira que exaustão deixando o EATS contém NOX em não mais do que o nivel de NOX pré-determinado e a quantidade minima de combustível é consumida por unidade de energia. Como pode ser observado a partir da porção ampliada do gráfico da Figura 3, consumo de combustível em modo de economia de combustível é mais baixo do que consumo de combustível em modo de baixo calor até um ponto no qual sistema de NOX de salda está próximo para um valor alvo de 0,40 g/kWh, depois do qual consumo de combustível em modo de baixo calor é mais baixo do que consumo de combustível em modo de economia de combustível. A região de operação na qual consumo de combustível em modo de baixo calor é mais baixo do que consumo de combustível em modo de economia de combustível é ilustrada na Figura 3 por hachuramento.
[023] 0 controlador (67) pode ser programado para desempenhar a seleção de e operação em um modo de operação que resulta em níveis de NOX abaixo do nível de NOX pré- determinado e envolvendo o consumo de combustível mínimo depois da ocorrência de um evento de desencadeamento (disparo). 0 evento de desencadeamento poderia ser, por exemplo, a passagem de uma quantidade de tempo pré- determinada, diga-se, de cinco, dez, quinze ou trinta minutos. 0 evento de desencadeamento pode ser algum outro evento, por exemplo, sensores podem continuamente monitorar várias condições e o controlador (67) pode ser programado para automaticamente selecionar um apropriado modo de operação e operar naquele modo sobre detecção de uma particular condição de um conjunto de condições. Por exemplo, uma condição ou conjunto de condições que poderiam desencadear desempenho da seleção de e operação em um modo de operação particular pode resultar a partir de um veiculo desacelerando como o resultado de desligamento (saida) a partir de uma rodovia em cima de (para) vias urbanas (perimetro urbano) mais congestionadas, o que pode provocar mudanças, por exemplo, em carga de motor, em velocidade de motor e em temperatura de gás de exaustão.
[024] 0 controlador (67) pode ser programado para pelo menos periodicamente atualizar (update) seus mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação. O controlador (67) pode ser programado para continuamente atualizar os mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação. Em ambos os eventos, por atualização (updating) periodicamente ou continuamente dos mapas de economia de combustível versus niveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação, a disposição de motor a diesel (21) tem capacidade de ajustar operação para mudanças tais como envelhecimento de componentes de EATS. Por exemplo, na medida em que o DOC (55), o DPF (59), a SCR 61, e a armadilha de NOX empobrecido (65) envelhecem, seus respectivos impactos sobre níveis de NOX mudam. A periódica ou continua atualização dos mapas pode também auxiliar em assegurar seleção de um modo de operação otimizado no evento de dano para os componentes ou envelhecimento de outros componentes da disposição de motor que poderiam apresentar um efeito sobre consumo de combustível e/ou niveis de NOX.
[025] Um método de operação de uma disposição de motor a diesel é descrito em conexão com a disposição de motor a diesel (21), possuindo um motor a diesel (23) e um EATS (25), mostrada na Figura 1. O EATS (25) inclui um ou mais aparelhos, por exemplo, DOC (55), DPF (59), SCR (67) e armadilha de NOX empobrecido (65), para controle de niveis de exaustão de NOX. 0 motor a diesel (23) compreende uma pluralidade de sistemas e de componentes, pelo menos alguns dos quais são adaptados para serem ajustados para um ou mais pontos de ajuste de controle para um ou mais acionadores de base do motor. 0 método compreende estabelecimento de uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de operação diferindo a partir de qualquer outro modo de operação com respeito para pelo menos um ponto de ajuste de controle. Três exemplos de modos de operação são o modo de economia de combustível, o modo de baixo calor, e o modo de alto calor que são ilustrados na Figura 3.
[026] Para cada modo de operação, economia de combustível versus niveis de NOX deixando o EATS (25) é mapeada como na Figura 3. A etapa de mapeamento de economia de combustível versus sistema de NOX de saída pode compreender determinação de fluxo de massa de exaustão através do EATS (25), de nivel de NOX deixando o EATS (25), e de temperatura no EATS (25) , incluindo o registro de velocidades e cargas de motor para realizar as determinações. Temperatura no EATS (25) pode compreender temperatura do SCR (61), que é tipicamente um dos maiores contribuidores para remoção de NOX a partir da corrente de exaustão. Temperaturas mais altas no SCR (61) irão tipicamente resultar em remoção de maiores quantidades de NOX e irão tender a resultar a partir de maior consumo de combustível. Fluxo de massa de exaustão (ou volume) através do EATS (25) irá também tipicamente ser relacionado para niveis de NOX como maior fluxo de massa e de volume, tipicamente em cargas e velocidades mais altas e envolvendo maior consumo de combustível, irá tipicamente resultar em tempo de residência reduzido no EATS (25) e, consequentemente, menos remoção de NOX por unidade de massa ou de volume. A redução de NOX no SCR convencionalmente aumenta na medida em que a temperatura sobe, e convencionalmente aumenta quando o fluxo de exaustão é baixo. Quanto maior a redução de NOX no SCR, mais alto o NOX de saída de motor pode ser permitido. NOX de saída de motor mais alto tipicamente corresponde para melhor economia de combustível.
[027] Um modo de operação a partir de entre a pluralidade de modos de operação é selecionado de maneira que exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia. O motor a diesel (23) é, então, operado no modo de operação selecionado.
[028] Para cada um dos modos de operação em questão, o motor a diesel (23) é adaptado para interpolar entre um modo de alto NOX e um modo de baixo NOX por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor. No método, o motor interpola entre pelo menos parte da faixa entre o modo de alto NOX e o modo de baixo NOX no modo de operação selecionado por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor. É assumido para propósitos de apresentação que interpolação entre modo de alto NOX e modo de baixo NOX para os três modos de operação em questão ocorre ao longo de uma linha reta, entretanto, este não é necessariamente o caso. Os parâmetros de operação de motor podem envolver o ajustamento de um ou mais pontos de ajuste de acionador de base ou outro parâmetro de operação afetando carga de motor, velocidade de motor e/ou temperatura de gás de exaustão de motor.
[029] Quando de ajustamento do um ou mais parâmetros de operação de motor de maneira que o motor interpola em direção do modo de alto NOX no modo de operação selecionado, o controlador (67) pode ser programado para controlar operação do motor de maneira que o motor é permitido interpolar para não mais alto do que um ponto no qual niveis de NOX de exaustão estão no ou abaixo do nivel de NOX pré-determinado. Na Figura 3, um nivel de NOX pré- determinado é ajustado em 0,40 g/kWh, ilustrado por uma linha vertical tracejada. Por exemplo, pode genericamente ser mais eficiente em combustível operar em modo de economia de combustível, versus operação em modo de baixo calor ou modo de alto calor, tanto quanto níveis de NOX deixando o EATS (25) sejam suficientemente baixos e antes que os níveis de NOX estejam no nivel de NOX pré- determinado. Entretanto, como observado na Figura 2, quando níveis de NOX durante operação no modo de economia de combustível se aproximam do nivel de NOX pré-determinado, operação em um diferente modo de operação de motor, isto é, modo de baixo calor, a partir de entre a pluralidade de modos de operação se torna mais eficiente em combustível do que operação no modo de economia de combustível, e o controlador (67) muda a seleção de modo de operação para modo de baixo calor de maneira que exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que o nivel de NOX pré- determinado e a quantidade minima de combustível é consumida por unidade de energia. 0 motor a diesel (23) irá, então, ser operado em modo de baixo calor até o motor interpolar ao longo da curva de modo de baixo calor descendentemente em direção do modo de baixo NOX de modo de baixo calor para o ponto no qual novamente se torna mais eficiente em combustível operar em modo de economia de combustível.
[030] A Figura 3 ilustra três diferentes modos de operação que possuem, para propósitos de ilustração do método, os valores na Tabela 1 a seguir. Tabela 1
Figure img0001
[031] A Figura 3 mostra um alvo, ou nível de NOX de saída máximo pré-determinado do EATS (25) que é ajustado em 0,40 g/kWh, que poderia corresponder para um limite legal para NOX, ou um limite legal mais (plus) um fator de segurança. Assumindo uma interpolação de linha reta entre modo de Alto NOX e modo de Baixo NOX para cada modo de operação, no nível de NOX máximo pré-determinado, a Tabela 2 a seguir mostra consumo de combustível no nível de NOX máximo permitido (0,40 g/kWh) para modo de economia de combustível e modo de baixo calor no nível de NOX máximo (0,15 g/kWh) que tem capacidade de ser exaustado durante operação em modo de alto calor. Tabela 2
Figure img0002
[032] Irá ser observado que, neste exemplo, quando o sistema de NOX de saída a partir do EATS (25) está no alvo, 0,40 g/kWh, consumo de combustível por intermédio de operação em modo de baixo calor é mais baixo do que consumo de combustível por intermédio de operação em modo de economia de combustível. Em concordância com isso, neste exemplo, o controlador (67) irá convencionalmente selecionar operação em modo de baixo calor ao invés de operação em modo de economia de combustível quando níveis de NOX de saída de sistema estão próximos para o valor 0 controlador (67) não irá convencionalmente selecionar operação em modo de alto calor exceto quando um operador ou outro aspecto de um programa especificamente requisita operação naquele modo, tal como de maneira a desempenhar uma regeneração ativa do DPF (59) . Evidentemente, características de modos de operação para vários motores para os quais aspectos da presente invenção são aplicáveis podem ser substancialmente diferentes a partir do exemplo proporcionado na Tabela 1 e na Tabela 2.
[033] As etapas de seleção de um modo de operação e de operação do motor (23) no modo de operação selecionado podem ser repetidas depois de ocorrência de um evento de desencadeamento (disparo). O evento de desencadeamento poderia ser, por exemplo, a passagem de uma quantidade de tempo pré-determinada diga-se, de cinco, dez, quinze ou trinta minutos. 0 evento de desencadeamento pode ser algum outro evento, por exemplo, sensores podem continuamente monitorar várias condições e o controle (67) pode ser programado para automaticamente selecionar um apropriado modo de operação e operar naquele modo sobre detecção de uma particular condição de um conjunto de condições. Por exemplo, uma condição ou conjunto de condições que poderiam desencadear desempenho da seleção de um e operação em um particular modo de operação pode resultar a partir de um veículo desacelerando como o resultado de desligamento (saída) a partir de uma rodovia em cima de (para) vias urbanas (perímetro urbano) mais congestionadas, o que pode provocar mudanças, por exemplo, em carga de motor, em velocidade de motor e em temperatura de gás de exaustão.
[034] Os mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação irão convencionalmente ser periodicamente ou continuamente atualizados. Por exemplo, na medida em que componentes do EATS (25) envelhecem, os mapas de consumo de combustível versus níveis de NOX podem geralmente ser esperados se movimentar para a direita do gráfico mostrado na Figura 3. Por atualização periodicamente ou continuamente dos mapas, a determinação de se é preferível operar em um modo de operação ou em um outro modo de operação poderia mudar ao longo do tempo.
[035] Um método de operação de uma disposição de motor a diesel (21) possuindo um motor a diesel (23) e um EATS (25) incluindo um ou mais aparelhos para controle de níveis de exaustão de NOX poderiam também ser descritos como envolvendo operação do motor em um primeiro modo com uma primeira série de pontos de ajuste de controle para uma pluralidade de acionadores de base do motor, e operação do motor em um segundo modo de operação com uma segunda série de pontos de ajuste de controle para a pluralidade de acionadores de base do motor, pelo menos um ponto de ajuste de controle da primeira e segunda série de pontos de ajuste de controle sendo diferente. 0 método envolve rastreamento de massa de exaustão ou de fluxo de volume através do EATS (25) , de níveis de NOX deixando o EATS (25) e de temperatura no EATS (25) para o motor a diesel (23) sobre uma pluralidade de velocidades e cargas de motor no primeiro modo e no segundo modo. Um do primeiro modo ou do segundo modo irá, então, ser selecionado de maneira que, para uma determinada velocidade e carga de motor, exaustão deixando o EATS contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia. Para cada um do primeiro modo de operação e do segundo modo de operação, o motor a diesel (23) é adaptado para interpolar entre um modo de alto NOX e um modo de baixo NOX por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor, e o método compreende interpolação ao longo de pelo menos parte da faixa entre o modo de alto NOX e o modo de baixo NOX no modo de operação selecionado por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor. 0 método pode compreender ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor de maneira que o motor interpola em direção do modo de alto NOX enquanto de operação no modo de operação selecionado, e, quando os, ou antes, que os níveis de NOX estão/estejam no nível de NOX pré-determinado, seleção de um outro modo de operação de motor de maneira que exaustão deixando o EATS contém NOX em não mais do que o nível de N0x pré- determinado .
[036] No presente pedido de patente, a utilização de expressões tais como "incluindo" é de significação abrangente, e são intencionadas para possuir o mesmo significado como expressões tais como "compreendendo" e não excluem a presença de outra estrutura, material ou atos. Similarmente, através da utilização de expressões tais como "pode" ou "deve", se quer intencionar que sejam de significação abrangente e para refletir que aquela estrutura, material, ou atos não são necessários; a insuficiência para utilização de tais expressões não é intencionada para refletir que aquela estrutura, material, ou atos são essenciais. Para a extensão em que aquela estrutura, material ou atos são presentemente considerados serem essenciais, aquela estrutura, material ou atos é/são identificada/os como tais.
[037] Enquanto a presente invenção tenha sido ilustrada e descrita em concordância com uma concretização preferida, é reconhecido que variações e mudanças podem ser feitas dentro da mesma sem afastamento a partir da presente invenção como estabelecida nas reivindicações de patente subsequentemente.
[038] Portanto, a presente invenção não deve ser considerada como sendo limitada para as concretizações descritas anteriormente, e deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que um número de variações e de modificações é conceptivel dentro do escopo de proteção e conceito inventivo da presente invenção como estabelecidos pelas reivindicações de patente posteriormente.

Claims (20)

1. Um método de operação de um motor a diesel (23) possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão [exhaust aftertreatment system (EATS)] (25) incluindo um ou mais aparelhos para controle de níveis de NOX de exaustão, o motor compreendendo uma pluralidade de sistemas e componentes, pelo menos alguns destes sistemas e componentes sendo adaptados para serem ajustados para um ou mais pontos de ajuste de controle para um ou mais acionadores de base do motor, referido método compreendendo: - estabelecimento de uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de operação diferindo a partir de qualquer outro modo de operação com respeito para pelo menos um ponto de ajuste de controle; - para cada modo de operação, mapeamento de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25); caracterizado pelo fato de que o método também compreende as seguintes etapas: - seleção de um modo de operação a partir de entre a pluralidade de modos de operação de maneira que exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia; e - operação do motor no modo de operação selecionado; - em que a etapa de mapeamento de economia de combustível versus níveis de NOX compreende estabelecimento de um registro, para cada modo de operação, de tempo gasto em diferentes velocidades e cargas de motor e economia de combustível e níveis de NOX nas velocidades e cargas de motor registradas.
2. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de mapeamento de economia de combustível versus níveis de NOX compreende atualização de um registro, para cada modo de operação, de tempo gasto em diferentes velocidades e cargas de motor.
3. O método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de mapeamento de economia de combustível versus níveis de NOX compreende atualização do registro, para cada modo de operação, de economia de combustível e de níveis de NOX em diferentes velocidades e cargas de motor.
4. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para cada modo de operação, o motor é adaptado para interpolar entre um modo de alto NOX e um modo de baixo NOX por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor, o método compreendendo interpolação ao longo de pelo menos parte da faixa entre o modo de alto NOX e o modo de baixo NOX no modo de operação selecionado por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor.
5. O método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor de maneira que o motor interpola em direção do modo de alto NOX no modo de operação selecionado para não mais alto do que um ponto no qual níveis de NOX de exaustão estão no ou abaixo do nível de NOX pré-determinado.
6. O método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor de maneira que o motor interpola em direção do modo de alto NOX enquanto de operação no modo de operação selecionado, e, quando os ou antes que os níveis de NOX estão/estejam no nível de NOX pré-determinado, seleção de um diferente modo de operação de motor a partir de entre a pluralidade de modos de operação de maneira que exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que o nível de NOX pré-determinado e a quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia.
7. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor a diesel (23) compreende uma ou mais de válvulas de admissão (39) de cilindro, válvulas de exaustão (41) de cilindro, válvulas de injeção (43) de combustível, bombas de combustível (45), um ompressor (29), uma turbina (31), um turbocharger (33), um regulador de pressão (37) de ar de admissão, um refrigerador de ar (35) de carga, e uma linha de re- circulação (47) de gás de exaustão compreendendo uma válvula (49) de re-circulação de gás de exaustão, os pontos de ajuste de controle compreendendo um ou mais de temporização de abertura de válvula de admissão de cilindro, temporização de abertura de válvula de exaustão de cilindro, temporização de abertura de válvula de injeção (43) de combustível, pressão de bombas de combustível (45), uma pressão de impulsão de compressor, pressão de retorno de turbina, uma posição de regulador de pressão (37) de ar de admissão, temperatura de câmara de combustão, e posição de válvula (49) de re-circulação de gás de exaustão.
8. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de mapeamento de economia de combustível versus sistema de saída de NOX compreende determinação de massa de exaustão ou de fluxo de volume através do EATS (25), de nível de NOX deixando o EATS (25) e de temperatura no EATS (25).
9. O método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura no EATS (25) compreende temperatura de um catalisador (61) de redução catalítica seletiva [selective catalytic reduction (SCR)].
10. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende repetição das etapas de seleção e de operação depois da ocorrência de um evento de desencadeamento.
11. O método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o evento de desencadeamento compreende a passagem de uma quantidade de tempo pré- determinada.
12. O método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos atualização periodicamente de mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação.
13. O método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende atualização continuamente dos mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação.
14. Uma disposição de motor a diesel (23), caracterizada pelo fato de que compreende: - um motor a diesel (23) possuindo um sistema de pós-tratamento de exaustão [exhaust aftertreatment system (EATS)]; - um sensor de NOX disposto para sensoriar os níveis de NOX deixando o EATS (25); e - um controlador disposto para receber um sinal a partir do sensor de NOX, o controlador compreendendo um mapa de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para uma pluralidade de modos de operação de motor, cada modo de operação de motor diferindo a partir de qualquer outro modo de operação de motor com respeito para pelo menos um acionador de base do motor, o controlador sendo programado para selecionar um da pluralidade de modos de operação e provocar que o motor venha a operar no modo de operação selecionado de maneira que, para uma determinada velocidade e carga de motor, exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que um nível de NOX pré-determinado e pelo menos uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia; até que a economia de combustível num outro modo de operação, na qual exaustão deixando o EATS (25) contém NOX num nível igual ou menor a um nível pré-determinado de NOX fica superior à economia de combustível no modo de operação selecionado; e selecionar o outro modo de operação depois da economia de combustível do outro modo de operação, na qual exaustão deixando o EATS (25) contém NOX num nível igual ou menor a um nível pré-determinado de NOX, fica superior à economia de combustível no modo de operação selecionado, em que, para cada modo de operação, o motor é adaptado para interpolar entre um modo de alto NOX e um modo de baixo NOX por ajustamento de um ou mais parâmetros de operação de motor, o controlador sendo programado de maneira que o motor seja permitido interpolar em direção do modo de alto NOX no modo de operação selecionado para não mais alto do que um ponto no qual níveis de NOX de exaustão estão no ou abaixo do nível de NOX pré-determinado.
15. A disposição de motor a diesel (23) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o motor a diesel (23) compreende uma ou mais de válvulas de admissão (39) de cilindro, válvulas de exaustão (41) de cilindro, válvulas de injeção (43) de combustível, bombas de combustível (45), um compressor (29), uma turbina (31), um turbocharger (33), um regulador de pressão (37) de ar de admissão, um refrigerador de ar (35) de carga, e uma linha de re-circulação (47) de gás de exaustão compreendendo uma válvula (49) de re-circulação de gás de exaustão, os pontos de ajuste de controle compreendendo um ou mais de temporização de abertura de válvula de admissão de cilindro, temporização de abertura de válvula de exaustão de cilindro, temporização de abertura de válvula de injeção (43) de combustível, pressão de bombas de combustível (45), uma pressão de impulsão de compressor, pressão de retorno de turbina, uma posição de regulador de pressão (37) de ar de admissão, temperatura de câmara de combustão, e posição de válvula (49) de re-circulação de gás de exaustão.
16. A disposição de motor a diesel (23) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado de maneira que, quando um ou mais parâmetros de operação de motor são ajustados de maneira que o motor interpola em direção do alto modo de NOX enquanto de operação no modo de operação selecionado, quando os, ou antes que os níveis de NOX estão/estejam no nível de NOX pré-determinado, um diferente modo de operação de motor é selecionado a partir de entre a pluralidade de modos de operação de maneira que exaustão deixando o EATS (25) contém NOX em não mais do que o nível de NOX pré- determinado e uma quantidade mínima de combustível é consumida por unidade de energia.
17. A disposição de motor a diesel (23) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado para desempenhar a seleção de operação em um modo de operação depois de uma ocorrência de um evento de desencadeamento.
18. A disposição de motor a diesel (23) de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o evento de desencadeamento compreende a passagem de uma quantidade de tempo pré-determinada.
19. A disposição de motor a diesel (23) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado para pelo menos periodicamente atualizar mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação.
20. A disposição de motor a diesel (23) de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que o controlador é programado para continuamente atualizar os mapas de economia de combustível versus níveis de NOX deixando o EATS (25) para cada modo de operação.
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