BRPI0404641B1

BRPI0404641B1 - disposição e método para controle de recirculação dos gases de descarga de um motor de combustão

Info

Publication number: BRPI0404641B1
Application number: BRPI0404641A
Authority: BR
Inventors: Anders Gustavsson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2015-11-24
Also published as: SE524735C2; EP1528249A1; SE0302871L; ATE501349T1; DE602004031702D1; EP1528249B1; BRPI0404641A; SE0302871D0

Abstract

"disposição e método para controle da recirculação dos gases de descarga de um motor de combustão". a presente invenção refere-se a uma disposição e um método para recirculação dos gases de descarga de um motor de combustão (1). o motor de combustão (1) é conectado em um sistema de egr que tem uma linha de retorno (18) para recircular parte dos gases de descarga do motor de combustão (1) . a linha de retorno (18) compreende uma válvula (22) e um esfriador (21) . o motor de combustão (1) é também conectado em um sistema de resfriamento que contém um meio de resfriamento circulante para resfriar o motor de combustão (1) e os gases de descarga na linha de retorno (18) . a disposição compreende um sensor (23) de tal forma localizado de modo a detectar uma temperatura (t) que está relacionada com a temperatura do motor de combustão, e uma unidade de controle (20) que é adaptada para receber do sensor (23) os sinais com relação aos valores detectados de temperatura (t) e para fechar a válvula (22) de modo que a recirculação dos gases de descarga cessa quando pelo menos um valor de temperatura (t) que excede uma temperatura pré determinada (t~ máx~) tiver sido recebido.

Description

"DISPOSIÇÃO E MÉTODO PARA CONTROLE DA EECIRCULAÇÃO DOS GASES DE DESCARGA DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Ξ ESTADO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se a uma disposição e um método para controle da recirculação dos gases de descarga de um motor de combustão.

Uma técnica conhecida chamada EGR (Recirculação de gás de descarga) é o direcionamento de volta, via uma linha de retorno, de parte dos gases de descarga de um processo de combustão em um motor de combustão para uma linha de entrada para o suprimento do ar para o motor de combustão. Uma mistura de ar e gases de descarga é assim suprida via a linha de entrada para os cilindros do motor onde a combustão acontece. A linha de retorno piara os gases de descarga compreende, entre outras coisas, uma válvula de EGR que pode ser ajustada para uma quantidade desejada de EGR. Uma unidade de controle elétrico é adaptada para controlar a válvula de EGR com base, entre outras coisas, na informação com relação à carga do motor de combustão. A linha de retorno também compreende um refrigerador de EGR adaptado para resfriar os gases de descarga na linha de retorno antes deles serem misturados com o ar na linha de entrada para o motor. A adição dos gases de descarga no ar causa uma menor temperatura de combustão, resultando, entre outras coisas, em um conteúdo reduzido de ó.xidos de nitrogênio NC>; na descarga. Essa técnica é usada para ambos os motores Otto e motores a diesel.

Motores de combustão para a energicação de veículos são geralmente equipados com um sistema de resfriamento que tem um refrigerante circulante. O refrigerante é circulado através de passagens especialmente projetadas no motor de combustão e absorve o calor gerado pelos processos de combustão nos cilindros. 0 calor que o refrigerante absorve quando ele passa através do motor de combustão é emitido em um radiador. 0 motor de combustão pode, assim, ser induzido a funcionar em uma temperatura de motor substancialmente constante que é ótima para a operação do motor. 0 refrigerante do sistema de resfriamento comum geralmente também e usado para o reiriqerudor cie EGb. e ass_i_ru p&ra os gases de descarga recirculantes. Em circunstâncias particulares, a temperatura ambiente é alta e o motor de combustão está pesadamente carregado, enquanto ao mesmo tempo é necessário o resfriamento dos gases de descarga no refrigerador de EGR, submetem o sistema de resfriamento a uma carga muito pesada. Em tais circunstâncias, existe o risco da capacidade do sistema de resfriamento ser insuficiente para manter uma temperatura desejada no motor. Isso significa que a temperatura do refrigerante, como a temperatura do motor, pode elevar-se completamente, e o motor pode alcançar uma temperatura suficientemente acima de um determinado nível, com risco conseqüente de danos para o motor.

SUMÃRIO DA. IUVENCÃO O objetivo da presente invenção é proporcionar uma disposição e um método do tipo mencionado na introdução por meio dos quais existe a garantia que a temperatura do motor de combustão nâ.o se elevará para um nível. no qual possa ocorrer danos ao motor, mesmo nos casos onde o motor está sob carga pesada e a temperatura ambiente é alta.

Esse objetivo é atingido com a disposição do gênero mencionado na introdução. 0 sensor pode ser substancial-mente de qualquer tipo deseja.do, posicionado de modo que ele mede a temperatura em um ponto onde os valores de temperatura resultantes variam com a temperatura do motor. O sensor pode ser aplicado· em uma superfície do bloco de motor ou em um outro ponto adequado· resultando em valores de temperatura confiáveis; nos quais a temperatura do motor pode ser determinada com boa precisão. Quando pele· menos um determinado valor de temperatura indicando que a temperatura do motor está acima de um valor má:-:imo a.ceitável é recebido, a válvula fecha e a recirculação dos gases de descarga cessa, ú resfriamento· dos gases de descarga da recirculação representa urna carga relativamente grande no sistema ue resfriamento. A cessação da recirculação dos gases de descarga libera urna capacidade de resfriamento correspondente do sistema de resfriamento, levando a uma menor temperatura do meio de resfriamento no sistema de resfriamento, ü meio de resfriamento, então, sendo levado para o motor de combustão, assim, proporciona melhor resfriamento do motor de combustão. Isso significa que a temperatura do motor de combustão pode ser diminuída relativamente de maneira rápida para um nível aceitável. Assim, substcincialmente existe sempre a garantia que a temperatura do motor de combustão não se elevará para o nível no qual o dano no motor possa ocorrer, mesmo quando o motor está sob carga pesada e a temperatura ambiente é alta. Entretanto, a temperatura predeterminada na qual a re-circulação dos gases de descarga cessa pode, se assim desejado, ser predeterminada em uma temperatura menor do que essa correspondendo a uma temperatura de motor máxima aceitável. Tal pode ser o caso onde um sistema de resfriamento é usado no qual o refrigerante tem um menor ponto de ebulição do que a máxima temperatura de rnotor aceitável. Em tais casos, a disposição pode ser usada para prevenir a ebulição do refrigerante.

De acordo cora uma modalidade preferida da presente invenção, a localização dc· sensor é tal que ele detecta a temperatura do meio de resfriamento. A colocação do sensor em um ponto adequado no sistema de resfriamento significa que a unidade de controle substancialmente recebe de modo contínuo a informação sobre a temperatura do refrigerante nesse ponto no sistema de resfriamento. A. temperatura do refrigerante é um parâmetro que varia com a temperatura dc· motor de combustão. Assim, uma temperatura predeterminada do meio cie resfriamento pode indicar que o motor de combustão alcançou uma temperatura máxima aceitável. Com vantagem, o sensor é posicionado no sistema de resfriamento adjacente a urna linha de saída para o meio de resfriamento do motor de combustão, de modo que o sensor detecta a temperatura do meio de resfriamento substancialmente de modo imediato depois que ele deixa o motor de combustão. Em tais casos, a temperatura do meio de resfriamento é substancialmente a mesma que a temperatura do motor, resultando em valores confiáveis de temperatura, substancialmente correspondendo com ci temperatura do rnotor de combustão. Dita temperatura de motor maxima aceitável geralmente prevalece quando a temperatura do meio de resfriamento está dentro da faixa de 100 C a 110 C. A máxima temperatura aceitável do motor pode, naturalmente, variar através de tipos diferentes de motores de combustão.

De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, a unidade de controle é adaptada, depois de um fechamento causado pelo fato da máxima temperatura aceitável do motor ter sido alcançada, para reabrir a válvula e reiniciar a recirculação dos gases de descarga quando os valores detectados da temperatura recebidos indicara que a tempera.Lura caiu para um nível aceitável predeterminado. Um determinado nível aceitável deve estar pelo menos dois ou mais graus abaixo da temperatura aceitável máxima. A recirculação dos gases de descarga, assim, recomeçará automaticamente depois de uma interrupção causada pela temperatura excessiva do motor. O objetivo descrito acima é também atingido com o método do genero mencionado na introdução. Quando a recirculação dos gases de descarga cessa, o sistema de resfriamento não precisa mais resfriar quaisquer gases de descarga no refrigerador de EGR. Isso significa que toda a capacidade de resfriamento do sistema de resfriamento pode, caso seja necessário, ser usada para resfriar o motor de combustão. A aplicação de uma determinada energia de resfriamento maior sempre prevenirá substancialmente que a temperatura do motor de combuscão alcance um valor inaceitavelmente alto, assim efetivamente evitando a ocorrência do dano ao motor causaido pela temperatura excessiva do motor.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS

Urna modalidade preferida da invenção é descrita abaixo por rneio de exemplo com referência aos desenhos anexos, nos quais: Fig. 1 representa esquema t icamente um motor de combustão com um sistema de EGF:f um sistema de resfriamento e uma disposição de acordo com a presente invenção, Fig. 2 representa um fluxograma de um método de acordo com a presente invenção. DESCRICÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE PREFERIDA DA IllVENCÃO A Fig. 1 representa um motor de combustão 1, que pode ser um motor a diesel ou motor Otto. O motor de combustão 1 pode ser planejado para energirar um veículo pesado. O mocor de combustão 1 é provido com um sistema de resfriamento com um refrigerante circulante para resfriar o rnotor de combustão 1 e garantir que o motor ue combustão 1 mantenha uma temperatura de motor ótima substancialmente constante durante a operação. Depois que tiver resfriado o motor de combustão 1, o refrigerante circulante é levado para fora via uma linha de saídei 2 em direção a um termostato 3. Se a temperatura do refrigerante excede urna temperatura estabelecida do termostato 3, o refrigerante é levado através do termostato 3 para o radiador 4 para resfriamento. Depois de passar através do radiador 4, o refrigerante é levado através de uma linha 5 em direção a uma bomba de refrigerante õ para retorno para o motor de combustão 1 via um refrigerador a óleo 7. Se a temperatura do refrigerante não excede a temperatura estabelecida do termostato 3, o refrigerante é le- vado via o termostato 3 e uma linha de desvio de volta para 0 motor 1 via a bomba 6. Uma válvula de controle S pode ser operada para fazer com que parte do calor do refrigerante do motor 1 seja usada para finalidades de aquecimento. Quando a válvula de controle 8 está aberta, o refrigerante quente é levado via uma linha 9 para um troçador de calor 10 para produzir o aquecimento, por exemplo para o espaço do motorista do veículo. Depois de passar através do crocador de calor 10, o refrigerante é levado via uma linha 11 e a bomba de refrigerante 6 de volta para o motor 1. Urna primeira linha de ventilação 12 para o refrigerante se estende do motor 1 para um dispositivo de \rent ilação 13. Uma segunda linha de ventilação 14 para o refrigerante se estende do radiador 4, via a primeira linha de ventilação 12, para o dispositivo de ventilação 13. 0 dispositivo de ventilação 13 é adaptado para separar do refrigerante qualquer ar presente no sistema de resfriamento. Quando o refrigerante tiver sido ventilado, ele é levado para um recipiente de expansão 15 para armazenamento. 0 refrigerante do recipiente de expansão 15 é puxado pela bomba 6 via as linhas 16, 5 para o motor 1. A Fig. 1 também representa um sistema de EGR para recircular parte dos gases de descarga do rnotor de combustão 1. Os gases de descarga dos cilindros do motor de combustão 1 são levados dos cilindros respectivos para uma linha de descarga comum 17. Parte dos gases de descarga na linha de descarga 17 é levada via uma linha de retorno 13 para uma linha de entrada 19 que leva o ar para os· cilindros do motor de combustão 1. A porção de recirculação dos gases de des- carga é planejada para ser misturada com o ar na linha de entrada 19. A linha de retorno lí'· compreende um refrigerador de E-GR 21 para resfriar os gases de descarga na linha de retorno 13. A linha de retorno 18 também compreende uma válvula de EGR 22 pela qual o fluxo do gás de descarga na linha de retorno 18 pode ser regulado. Uma unidade de controle elétrico 2 0 é adaptada para regular a válvula de EGR 22. A unidade de controle 20 pode formar parte de uma unidade de controle elétrico do motor do '-eículo. A unidade de controle 20 pode usar a informação sobre, por exemplo, o suprimento de combustível para o mocor 1 e a informação armacanada com relação ao motor de combustão específico para determinar a carga do motor e regular a válvula de EGR 22. Durante a operação do motor 1 substancialrnente em carga constante, a unidade de controle 20 é adaptada para manter a válvula de EGR 22 em uma posição aberta. Uma bomba 2-1 é planejada para transferirei refrigerante do recipiente de expansão 15 para o refrigerador de EGR 21 via uma linha 25. Quando o refrigerante tiver passado através do refrigerador de EGR 21, ele é levado de volta para o recipiente de expansão 15 via uma linha 26.

Um sensor 23 é aplicado na linha de saída do refrigerante 2 do motor de combustão 1. O sensor 23 detecta a temperatura. T do refrigerante que deixa o motor de combustão 1. A temperatura do refrigerante T pode, assim, ser considerada como substancialrnente a mesma que a temperatura do motor de combustão. O sensor 23 envia substancialrnente de rnodo contínuo os sinais com relação aos valores de temperatura medida T para a unidade de controle 20. Durante a operação do motor de combustão 1, a unidade de controle 20 regula a válvula de EGR 22 de acordo com a carga do motor, de modo que uma quantidade adequada dos gases de descarga é levada através da linha de retorno 18. Esses gases de descarga são resfriados pelo refrigerador de EGR 21 antes deles entrarem na linha de ar 19. A mistura dos gases de descarga com o ar diminui a temperatura de combustão no motor de combustão 1, e portanto, tarnbérn o conteúdo dos óxidos de nitrogênio (N0;.;) formados durante os processos de combustão. Em circunstâncias normais a capacidade do sistema de resfriamento é tal de forma a resfriar o motor de combustão 1, de modo que ele mantém uma temperatura de funcionamento substancialmente constante durante a operação enquanto ao mesmo tempo o refrigerante no sistema de resfriamento pode também ser usado para resfriar os gases de descarga que passam a.través do refrigerador de EGR 21. A capacidade do radiador 4 para resfriar o refrigerante circulante depende da temperatura do ar que flui através do radiador 4. A alta temperatura do ar reduc a capacidade do radiador. Hem o trocador de calor 10 é usado para finalidades de aquecimento quando a temperatura do ar ambiente é alta. Nessa situação o refrigerante, assim, não emite qualquer calor \ria o trocador de calor 10. Se, além disso, o motor de combustão 1 está sob carga pesada por um período longo, existe o risco óbvio do sistema de resfriamento não ter capacidade suficiente para resfriamento tanto do motor de combustão 1 quanto dos gases de descarga recir-culando. Em tais circunstancias, a temperatura do refrige- rante no sistema de resfriamento se eleva e, portanto também a temperatura do motor de combustão. Se a temperatura do motor eleva-se acima de um determinado nível, existe o risco de danos ao motor. A Fig. 2 representa um fluxograma de um método de acordo com a invenção. Em 27, o sensor 23 detecta a temperatura do refrigerante T e envia para a unidade de controle 20 a informação quanto aos valores medidos de temperatura T na linha de saída 2. Quando o sensor 23 detecta a temperatura do refrigerante que deixa o motor de combustão 1, a temperatura do refrigerante substancialmente corresponde com essa do motor de combustão 1. Em 23, a unidade de controle 20 faz uma comparação para se saber se a temperatura T do refrigerante na linha de saída 2 é menor do que ou igual a uma temperatura máxima aceitável do refrigerante TmáX que corresponde a uma máxima temperatura aceitável do motor. Se a temperatura do refrigerante T é menor do que ou igual a máxima temperatura aceitável do refrigerante Trai;.;, o processo inicia novamente em 27. Nessa situação, a unidade de controle 20 controla a válvula de EGR 22 em urna maneira convencional de acordo com a carga do motor. Se, por outro lado, a temperatura do refrigerante T é mais alta do que a máxima temperatura aceitável do refrigerante TmáJ;, isso significa que o motor alcançou uma temperatura excessiva. Entretanto, a máxima temperatura aceitável do refrigerante TrnáX é fixada com uma determinada margem de segurança, de modo que ela pode pelo menos por um curto tempo ser excedida sem risco de danos ao motor. Em 29, para abaixar a temperatura T, a unidade de controle 20, portanto, fecha a válvula de EGR 22 de modo que o fluxo do gãs de descarga recirculando cessa. Já que nenhum refrigerante então precisa de resfriamento, a temperatura do refrigerante no recipiente de expansão 15 cai, resultando em uma menor temperatura para o refrigerante sendo levado do recipiente de expansão 15 para o motor de combustão 1. G refrigerante, assim, proporciona um resfriamento mais efetivo do motor de combustão, resultando ern uma menor temperatura, do motor. A temperatura do motor de combustão, assim, é impedida de alcançar um nível no qual danos no motor possam ocorrer mesmo nos casos onde o motor está sob carga pesada e a temperatura ambiente e alta.

Em 30, o sensor 23 detecta novos valores de temperatura T do refrigerante deixando o motor de combustão 1. A unidade de controle 20 recebe os novos valores de temperatura do sensor 23, e em 31 ele faz uma comparação para. ver se a temperatura do refrigerante esta caindo para um nível de temperatura operacionalmente aceitável T0. Enquanto a temperatura do refrigerante não estiver caindo para o nível de temperatura aceitável T0; a unidade de controle 20 manterá a válvula de EGP. fechada. Quando a unidade de controle 20 recebe valores de temperatura menores do que ou iguais ao nível de temperatura aceitável T0, ela reabre em 32 a válvula de EGR. A seguir, o processo inicia novarnente em 27. A invenção não é de forma alquma limitada a modalidade descrita nos desenhos, mas pode ser variada livremente dentro dos escopos das reivindicações.

Claims

1. Disposição para controle da recirculação dos gases ,3e descarga de um motor de combustão, onde o motor de combustão (1) é conectado em um sistema de EGR que compreende uma linha de retorno (18) para recirculação dos gases de descarga do motor de combustão (1) para uma linha de entrada (19) que fornece ar para o motor de combustão (1); uma válvula (22) adaptada para regular a quantidade dos gases de descarga sendo recirculada,- e um refrigerador (21) adaptado para resfriar os gases de descarga na linha de retorno (18); e em que o motor de combustão é também conectado em um sistema de resfriamento contendo um meio de resfriamento circulante adaptado para resfriar o motor de combustão (1) e para resfriar os gases de descarga na linha de retorno (18) por meio do dito refrigerador, dita disposição CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um sensor (23) de tal forma posicionado de modo a detectar uma temperatura (T) que está relacionada com a temperatura do motor de combustão, e urna unidade de controle (20) adaptada para receber sinais do sensor (23) com relação aos valores de temperatura detectados (T) e para fechar a válvula (22) de modo que a recirculação dos gases de descarga cessa quando pelo menos um valor de temperatura (T) que excede uma temperatura predeterminada (Traá>;) tiver sido recebido.

2. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que dita temperatura predeterminada (Tmã>:) corresponde a uma máxima temperatura aceitável do motor.

3. Disposição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a localização do sensor (23) no sistema de resfriamento é tal que detecta a temperatura (T) do meio de resfriamento.

4. Disposição, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a localização do sensor (23) no sistema de resfriamento é adjacente a uma linha de saída (2) para o meio de resfriamento do motor de combustão (1), de modo que o sensor (23) detecta a temperatura (T) do rneio de resfriamento substancial e imediatamente depois que o último deixa o motor de combustão (1).

5. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADA pelo fato de que dita temperatura predeterminada (Tmá:·:) está dentro da faixa de 100°C a 110°C.

6. Disposição, de acorde· com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADA pelo fato de que a unidade de controle (20) é adaptada, após o fechamento da válvula (22) causado pela máxima temperatura aceitável (Τ,,^-) ter sido excedida, para reabrir a válvula (22) e para reiniciar a recirculação dos gases de descarga quando pelo menos um valor de temperatura (T) que indica que a temperatura caiu para uma temperatura predeterminada (T0) tiver sido recebida .

7. Método para controle da recirculação dos gases de descarga de um motor de combustão, onde o motor de combustão (1) é conectado em um sistema de EGR que compreende unta linha de retorno (18) para recirculação dos gases de descarga do motor de combustão (1) para uma linha de entrada (19) que fornece o ar para o motor de combustão (1); uma válvula (22) adaptada para regular a quantidade dos gases de descarga que está sendo reeirculada; e um refrigerador (21) adaptado para resfriar os gases de descarga na linha de retornei (13) ; e em que o motor de combustão é também conectado em um sistema de resfriamento contendo um meio de resfriamento circulante adaptado para. resfriar o motor de combustão (1) e para resfriar os gases de descarga na linha de retorno (13) por meio do dito refrigerador, dito método CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de detectar a temperatura (T) que está relacionada com a temperatura do motor de combustão e com a temperatura do fechamento da válvula (22), de modo que a recirculação dos gases de descarga cessa quando pelo menos um valor de temperatura (T) que excede uma temperatura predeterminada (Tmé::) tiver sido recebida.

8. Método, de acorde· com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pela etapa de fechar a válvula (22) quando um valor de temperatura (T) excedendo uma temperatura predeterminada (Traá;.:) que corresponde a urna temperatura rnáxirna aceitável do motor tiver sido recebida.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, CARACTERIZADO pela etapa de detectar· a temperatura (T) do rneio de resfriamento.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pela etapa de detectar a temperatura (T) do meio de resfriamento substancial e imediatamente após o último deixar o motor de combustão (2).

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, CARACTERIZADO por fechamento da válvula (22) quando um valor de temperatura (T) excedendo uma temperatura predeterminada (Traâx) dentro da faixa de temperatura de 100°C a 110°C tiver sido recebido.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, CARACTERIZADO pela etapa, após fechamento da válvula (22) causado pela máxima temperatura aceitável (Tmáx) ter sido excedida, de reabrir a válvula (22) e reiniciar a recirculação dos gases de descarga quando pelo menos um valor de temperatura (T) que indica que a temperatura caiu para um nível predeterminado (T0) tiver sido recebido.