BR122019000950B1 - método para aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna sem um coletor de admissão - Google Patents

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BR122019000950B1
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Loris Lambertini
Francesco Alunni
Matteo Domenico Albertazzi
Marco Montaguti
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Magneti Marelli Powertrain S.P.A.
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Abstract

Método para aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna (1) sem um coletor de admissão; o motor de combustão interna (1) com pelo menos um cilindro (2) que recebe ar fresco através de um duto de admissão (3), que é controlado por uma válvula borboleta (7) e é fornecido com um sensor de pressão (9) conectado a uma unidade de controle eletrônico (8). O método de aquisição e processamento, para determinar a pressão atmosférica, quando o motor a combustão interna (1) está funcionando e a válvula borboleta (7) não está completamente aberta, compreendendo: determinar o ângulo de início e o ângulo de final da janela de medição (W) como uma função da velocidade do motor; determinar um fator de compensação dependente da velocidade do motor e da posição da válvula borboleta (7); e determinar a pressão atmosférica ao aplicar o fator de compensação à média das pressões instantâneas de indução medidas na janela de medição (W).

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção se refere a um método para a aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna sem um coletor de admissão.
ESTADO DA TÉCNICA
[002] Em anos recentes, o denominado sistema de controle de "densidade da velocidade", que precisa saber a pressão média de admissão com precisão adequada com a finalidade de calcular a massa de ar fresco detida dentro de cada cilindro, tornou-se difundido de forma crescente para o controle de um motor de combustão interna.
[003] Um motor de combustão interna moderno para carros é fornecido com um número de cilindros (tipicamente quatro em linha), cada um dos quais é conectado a um coletor de admissão via duas válvulas de admissão e a um coletor de exaustão via duas válvulas de exaustão; o coletor de admissão recebe ar fresco (ou seja, ar proveniente do ambiente externo) através de um duto de admissão controlado por uma válvula borboleta e é conectado aos cilindros por meio das respectivas portas de admissão, cada uma das quais é controlada pelas válvulas de admissão correspondentes. Em um motor de combustão interna ajustado com um coletor de admissão, a pressão que pulsa dentro do coletor de admissão é moderada devido ao efeito do volume do próprio coletor de admissão; em conseqüência, com a finalidade de determinar a pressão média de admissão em um motor de combustão interna ajustado com um coletor de admissão (ou seja, o valor médio da pressão dentro do coletor de admissão), é suficiente medir dois valores de pressão de admissão via um sensor de pressão posicionado dentro do coletor de admissão em cada ciclo do motor (ou seja, cada 720° de rotação do eixo de acionamento).
[004] Devido às numerosas vantagens fornecidas pelo sistema de controle de "densidade da velocidade" para controlar um motor de combustão interna, existe um desejo de usar esse sistema em motores de combustão interna para motocicletas ou em corridas, da mesma forma; entretanto, os motores de combustão interna para motocicletas ou em corridas não normalmente têm um coletor de admissão e cada cilindro é diretamente conectado à caixa de ar limpo (contendo o filtro de ar) via uma porta limitada de admissão (ou chaminé de admissão) controlada por uma respectiva válvula borboleta. Nesse caso, um sensor de pressão é inserido dentro de cada porta de admissão; entretanto, em uma porta de admissão de um motor de combustão interna sem um coletor de admissão, a pulsação de pressão é extremamente alta, mesmo em condições ociosas e, portanto, é muito mais difícil ser capaz de calcular um valor da pressão média de admissão com precisão suficiente sem empregar uma unidade de controle eletrônico com energia de computação muito alta.
[005] O documento WO 03018978A2 descreve um método para determinar o fluxo de ar para um motor a combustão interna tal como, por exemplo, um motor de uma motocicleta. A medição do fluxo de ar é feita por meio da medição da pressão no coletor de admissão através de um sensor de pressão disposto entre a válvula borboleta e a válvula de admissão. A medição é feita em determinados ângulos do eixo de manivelas pelo que ao menos uma medição de pressão ocorre próxima ao ponto mais baixo do pistão. Os valores de pressão medidos podem ser ponderados de acordo com a velocidade de rotação do motor além de que medições distintas, em ângulos distintos, podem ser feitas e empregadas para calcular a quantidade do ar contido no cilindro, o fluxo de ar que passa pela borboleta, ou o grau de abertura da borboleta.
RESUMO DA INVENÇÃO
[006] O objeto da presente invenção é o de fornecer um método para a aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna sem um coletor de admissão, esse método sendo destituído das desvantagens acima mencionadas e, especifica mente, de implementação simples e econômica.
[007] De acordo com a presente invenção, um método para a aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna sem um coletor de admissão é fornecido em conformidade com o que é relatado nas reivindicações anexas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[008] A presente invenção agora será descrita com referência aos desenhos anexos, que ilustram um exemplo não limitante da configuração, em que: - a Figura 1 é uma visão esquemática de um motor de combustão interna que implementa o método da aquisição e processamento do sinal de pressão de admissão, o objeto da presente invenção, e - as Figuras 2 e 3 são dois gráficos que mostram a variação na pressão de indução do motor na Figura 1 conforme o ângulo do virabrequim se altera (ou seja, a posição angular do eixo de acionamento).
CONFIGURAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO
[009] Na figura 1, o numeral de referência 1 indica um motor de combustão interna para motocicletas em sua totalidade. O motor de combustão interna 1 é fornecido com um número de cilindros 2 (somente um dos quais é mostrado na figura 1), cada um dos quais é conectado a uma respectiva porta de admissão 3 (ou chaminé de admissão) através de duas válvulas de admissão 4 (somente uma das quais é mostrada na figura 1) e uma porta de exaustão 5 através de duas válvulas de exaustão 6 (somente uma das quais é mostrada na figura 1). Cada porta de admissão 3 passa de uma caixa de ar limpo (contendo um filtro de ar) para receber o ar fresco (ou seja, ar proveniente do ambiente externo) e é controlada por uma válvula borboleta 7.
[0010] Uma unidade de controle eletrônico 8 preside a operação do motor de combustão interna 1 via o denominado sistema de controle de "densidade da velocidade", que precisa saber o valor médio da pressão de admissão (ou seja, a pressão presente em cada porta de admissão 3) com precisão suficiente, com a finalidade de calcular a massa do ar fresco preso dentro do cilindro 2. Para determinar a pressão média de admissão dentro da porta de admissão 3, a unidade de controle eletrônico 8 é conectada a um sensor de pressão 9, que é posicionado o mais longe possível da válvula borboleta 7 e, portanto, o mais perto possível das válvulas de admissão 4, em que a forma e nível da pressão são mais significativos. O sensor de pressão 9 pode ser montado diretamente na porta de admissão 3 ou pode ser pneumaticamente conectado à porta de admissão 3 via um tubo que possui uma derivação de pressão com um orifício calibrado.
[0011] A unidade de controle eletrônico 8 inclui uma memória de rápida aquisição 10, que recebe as medições fornecidas pelo sensor de pressão 9. Especifica mente, o armazenamento das pressões instantâneas de indução na memória de rápida aquisição 10 da unidade de controle eletrônico 8 é diretamente controlado pela BIOS da unidade de controle eletrônico 8 sem precisar de uma chamada especial de rotina; em outras palavras, a aquisição das medições fornecidas pelo sensor de pressão 9 pela memória de rápida aquisição 10 é administrada diretamente pela rotina de baixo nível presente na BIOS, sem exigir intervenção específica da CPU administrada por rotina de alto nível.
[0012] Em uso, a unidade de controle eletrônico 8 mede, via o sensor de pressão 9, a pressão instantânea de indução em uma pluralidade de diferentes ângulos do virabrequim distribuídos sobre um ciclo do motor, e estima a pressão média de indução em um ciclo do motor ao calcular a média das pressões instantâneas de indução medidas durante o próprio ciclo do motor. Conforme previamente mencionado, as pressões instantâneas de indução lêem pelo sensor de pressão 9 durante o ciclo do motor são armazenadas na memória de rápida aquisição 10 da unidade de controle eletrônico 8; então, no final de cada ciclo do motor, a pressão média de indução do ciclo do motor é determinada ao calcular uma média das pressões instantâneas de indução previamente armazenadas na memória de rápida aquisição 10 da unidade de controle eletrônico 8. Se necessário, a pressão média de indução no ciclo do motor poderia ser determinada ao calcular uma média ponderada em função do ângulo do virabrequim das pressões instantâneas de indução previamente armazenadas na memória de rápida aquisição 10; em outras palavras, as pressões instantâneas de indução medidas em poucos ângulos fixos do virabrequim poderiam ser consideradas mais significativas (ou seja, com um peso mais alto) do que as outras pressões instantâneas de indução.
[0013] Um gráfico experimental obtido é ilustrado na figura 2 que mostra a variação na pressão instantânea de indução durante um ciclo do motor, que no motor de combustão interna de quatro cursos 1 cobre um ângulo do virabrequim de 720° (ou seja, a posição angular de um eixo de acionamento). Especificamente, da esquerda à direita na Figura 2, é possível distinguir um TDC (Ponto Morto Superior) correspondente ao início da etapa de admissão, um BDC (Ponto Morto Inferior) correspondente ao início da etapa de compressão, um TDC (Ponto Motor Superior) correspondente ao início da etapa de explosão (força motora), um BDC (Ponto Motor Inferior) correspondente ao início da etapa de exaustão, e um TDC ainda distinguível (Ponto Motor Superior) correspondente ao início da próxima etapa de admissão.
[0014] De acordo com uma configuração preferida, a freqüência de aquisição das pressões instantâneas de indução é diretamente proporcional à velocidade do motor, de modo que um número constante das pressões instantâneas de indução é medido em cada ciclo do motor; por exemplo, 120 pressões instantâneas de indução podem ser medidas em cada ciclo do motor ao obter uma medição a cada 6o do ângulo do virabrequim. Normalmente, a pressão média de indução em um ciclo do motor é determinada no BDC de admissão, ou seja, um ciclo do motor para determinar onde a pressão média de indução tem início e acaba com o BDC de admissão. Não obstante, para evitar sobrecarga, excessiva mente, da unidade de controle eletrônico 8 durante o BDC de admissão, quando a unidade de controle eletrônico 8 deve realizar numerosas outras operações, a pressão média de indução no ciclo do motor poderia ser determinada em outro ângulo do virabrequim, por exemplo, em correspondência ao ângulo do virabrequim quando as válvulas de admissão 4 fecham.
[0015] De acordo com uma configuração possível, as pressões instantâneas de indução armazenadas na memória de rápida aquisição 10 durante cada ciclo do motor não poderiam ser usadas somente para determinar a pressão média de indução, porém também para determinar os valores mínimos e máximos da pressão de indução.
[0016] Se o motor de combustão interna 1 for de único cilindro (ou seja, somente tem um cilindro 2), a implementação do método acima descrito da aquisição e processamento do sinal de pressão de admissão é imediata. Se o motor de combustão interna 1 for multi-cilindros (ou seja, possui mais de um cilindro 2), existem duas possibilidades: se a unidade de controle eletrônico 8 for capaz de controlar uma respectiva memória de rápida aquisição 10 para cada cilindro 2, então a implementação do método acima descrito da aquisição e processamento do sinal de pressão de admissão é imediata, de outro modo, se a unidade de controle eletrônico 8 for capaz de controlar somente uma memória de rápida aquisição 10, então se torna necessário compartilhar a única memória de rápida aquisição 10 entre todos os cilindros 2 presentes.
[0017] Por exemplo, se dois cilindros 2 estiverem presentes, as pressões médias de admissão dos dois cilindros 2 são determinadas alternativamente, de modo que a pressão média de admissão de um cilindro 2 é determinada durante um ciclo do motor e a pressão média de admissão do outro cilindro 2 é determinada no próximo ciclo do motor. Durante o ciclo do motor em que a pressão média de admissão de um cilindro 2 não for determinada, a pressão média de admissão de tal cilindro 2 é presumida igual à pressão média de admissão determinada no ciclo prévio do motor. Alternativa mente, durante o ciclo motor em que a pressão média de admissão de um cilindro 2 não é determinada, a pressão média de admissão de tal cilindro 2 é presumida igual à pressão média de admissão determinada no ciclo motor prévio corrigido através de um fator de correção k.
[0018] O fator de correção k é calculado da diferença ou da proporção entre uma pressão instantânea de indução medida durante o ciclo do motor em determinado ângulo do virabrequim comparativo e uma pressão instantânea de indução correspondente medida durante o ciclo prévio do motor no mesmo determinado ângulo do virabrequim. A pressão instantânea de indução medida em um ângulo do virabrequim comparativo exige uma chamada de rotina de alto nível específica, conforme a memória de rápida aquisição 10 está ocupada com a medição da pressão instantânea de indução do outro cilindro 2. Em outras palavras, o fator de correção k é calculado usando uma ou mais das seguintes equações: K = Pi - Pi-i K = Pi / PM P é a pressão instantânea de indução, "i" é o ciclo do motor atual em que a pressão média de admissão é estimada como uma função da pressão média de admissão no ciclo prévio do motor, e "i-1" é o ciclo prévio do motor em que a pressão média de admissão foi determinada com base nas medições do sensor de pressão 9.
[0019] Ao calcular o fator de correção k, é possível usar um único valor da pressão instantânea de indução medida em um único ângulo do virabrequim comparativo, ou é possível usar a média dos dois (ou possivelmente mais) valores da pressão instantânea de indução medidos em dois ângulos comparativos distintos do virabrequim; com relação a isso, os valores da pressão instantânea de indução medidas no BDC de admissão e em um ponto do curso de exaustão dependendo da configuração física do sistema (por exemplo, o diâmetro do orifício da derivação de pressão do sensor de pressão 9, o comprimento e diâmetro do tubo de conexão ao sensor de pressão 9, características do sensor de pressão 9,...) são especificamente significativos.
[0020] No caso de um motor de combustão interna de multi-cilindro 1, mais sensores de pressão 9 são fornecidos e associados aos cilindros 2; nesse caso, é oportuno compensar os sensores de pressão 9 entre eles com o motor de combustão interna 1 não funcionando: por exemplo, é possível considerar um primeiro sensor de pressão 9 como a referência e calcular as compensações dos outros sensores de pressão 9.
[0021] Normalmente, a pressão atmosférica (necessária para corrigir o controle do motor de combustão interna 1) é presumida como sendo igual à pressão de admissão quando o motor de combustão interna 1 não está funcionando; alternativa mente, quando a válvula borboleta 7 está completamente aberta, a pressão atmosférica é presumida como sendo igual à soma da pressão de admissão e um valor de compensação (que considera a perda de carga induzida pela válvula borboleta 7) dependente da velocidade do motor. Entretanto, pode ocorrer que após ser iniciado, o motor de combustão interna 1 não seja executado em potência total (ou seja, com a válvula borboleta 7 completamente aberta) por um tempo muito longo (até diversas horas); em conseqüência, poderia haver a necessidade de ser capaz de estimar a pressão atmosférica quando o motor de combustão interna 1 estiver funcionando e a válvula borboleta 7 não estiver completamente aberta.
[0022] É possível determinar a pressão atmosférica quando o motor de combustão interna 1 está funcionado e a válvula borboleta 7 não estiver completamente aberta ao medir, via o sensor de pressão 9, a pressão instantânea de indução em uma pluralidade de diferentes ângulos do virabrequim distribuídos em uma janela de medição W (mostrada na figura 3), determinando um fator de compensação dependente da velocidade do motor e da posição da válvula borboleta 7, e então determinando a pressão atmosférica ao aplicar o fator de compensação na media das pressões instantâneas de indução medidas na janela de medição W. O fator de compensação é obtido ao usar um mapa experimentalmente obtido armazenado na unidade de controle eletrônico 8. Preferivelmente, a janela de medição W é colocada na extremidade da etapa de exaustão e a posição (ângulo de início e ângulo de final) e/ou possível a largura da janela de medição W são dependentes da velocidade do motor, ou seja, o ângulo de início e ângulo de final da janela de medição W dependem da velocidade do motor.
[0023] A pressão atmosférica somente é calculada se as pressões instantâneas de indução permanecerem mais ou menos constantes dentro da janela de medição W, ou seja, se a taxa de alteração ou derivativa no período antes da medição da pressão instantânea de indução dentro da janela de medição W for pequena. Além do mais, a pressão atmosférica somente é calculada se o motor de combustão interna 1 estiver em uma condição estável; o motor de combustão interna 1 é considerado como estando em uma condição estável se a diferença entre o valor instantâneo da velocidade do motor e/ou a posição da válvula borboleta 7 não for muito diferente do valor filtrado correspondente (um filtro de primeira ordem, por exemplo) da velocidade do motor e/ou posição da válvula borboleta 7.
[0024] Finalmente, uma nova estimativa da pressão atmosférica é somente aceita se a diferença comparada à estimativa previa da pressão atmosférica for menor do que um primeiro limite de aceitabilidade e/ou somente se a taxa de alteração entre as duas estimativas de pressão atmosférica for menor do que um segundo limite de aceitabilidade.
[0025] Obviamente, a estimativa da pressão atmosférica pode ser feita mais rigorosa ao calcular um número dos valores para a pressão atmosférica em sucessão e obter a média desses valores da pressão atmosférica.
[0026] No caso de um motor com um número relativamente grande de cilindros 2 (por exemplo, quatro cilindros 2), é possível instalar um respectivo sensor de pressão 9 em cada porta de admissão 3, ou usar um número reduzido de sensores de pressão 9, cada um pneumaticamente interconectado com duas ou mais ou mais portas de admissão 3; no último caso, duas ou mais portas de admissão 3 pneumaticamente conectadas entre si compartilham um único sensor de pressão 9.
[0027] O método acima descrito para a aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão possui numerosas vantagens, conforme permite que a pressão média de admissão em cada ciclo do motor seja determinada com alta precisão, sem atraso, e sem excessiva mente carregar a unidade de controle eletrônico 8. De fato, o método acima descrito para a aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão permite que um grande número de pressões instantâneas de indução seja medida em cada ciclo do motor e salvo na memória de rápida aquisição 10, que sendo controlada diretamente pela BIOS não pesa na execução da rotina da unidade de controle eletrônico 8.
[0028] Além do mais, o método acima descrito para a aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão permite que a pressão atmosférica seja determinada com precisão quando o motor de combustão interna 1 estiver funcionando e a válvula borboleta 7 estiver fechada (ou seja, não completamente aberta).

Claims (7)

1. Método de aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna (1) sem um coletor de admissão, o motor de combustão interna (1) incluindo pelo menos um cilindro (2) que recebe ar fresco através de uma porta de admissão (3), que é controlada por uma válvula borboleta (7) e é dotada de um sensor de pressão (9) conectado a uma unidade de controle eletrônico (8); para determinar a pressão atmosférica quando o motor de combustão interna (1) estiver funcionando e a válvula borboleta (7) não estiver completa mente aberta, são realizadas as seguintes etapas: - determinar um ângulo de início e um ângulo de final da janela de medição (W); - medir, via o sensor de pressão (9), a pressão instantânea de indução em uma pluralidade de diferentes ângulos do virabrequim distribuídos na janela de medição (W);e - determinar a pressão atmosférica como uma função da média das pressões instantâneas de indução medidas na janela de medição (W); o método sendo caracterizado por, para determinar a pressão atmosférica, quando o motor a combustão interna (1) está funcionando e a válvula borboleta (7) não está completamente aberta, são também realizadas as seguintes etapas: - determinar o ângulo de início e o ângulo de final da janela de medição (W) como uma função da velocidade do motor; - determinar um fator de compensação dependente da velocidade do motor e da posição da válvula borboleta (7); e - determinar a pressão atmosférica ao aplicar o fator de compensação à média das pressões instantâneas de indução medidas na janela de medição (W).
2. Método de aquisição e processamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a janela de medição (W) ser colocada no final da etapa de exaustão.
3. Método de aquisição e processamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a pressão atmosférica somente ser determinada se as pressões instantâneas de indução permanecerem mais ou menos constantes dentro da janela de medição (W).
4. Método de aquisição e processamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a pressão atmosférica somente ser determinada se o motor de combustão interna (1) estiver em uma condição estável.
5. Método de aquisição e processamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o motor de combustão interna (1) ser considerado como estando em uma condição estável se a diferença entre o valor instantâneo da velocidade do motor e/ou da posição da válvula borboleta (7) não for muito diferente do valor filtrado correspondente da velocidade do motor e/ou da posição da válvula borboleta (7).
6. Método de aquisição e processamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o valor instantâneo da velocidade do motor e/ou da posição da válvula borboleta (7) é filtrado com um filtro de primeira ordem.
7. Método de aquisição e processamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por uma nova estimativa da pressão atmosférica somente ser aceita se a diferença comparada à estimativa prévia da pressão atmosférica for menor do que um primeiro limite de aceitabilidade e/ou somente se a taxa de alteração entre as duas estimativas de pressão atmosférica for menor do que um segundo limite de aceitabilidade.
BR122019000950-3A 2007-07-05 2008-07-04 método para aquisição e processamento de um sinal de pressão de admissão em um motor de combustão interna sem um coletor de admissão BR122019000950B1 (pt)

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