BRPI0617139A2

BRPI0617139A2 - sistema e método para o controle de injeção piloto

Info

Publication number: BRPI0617139A2
Application number: BRPI0617139-7A
Authority: BR
Inventors: Bhaskar Tamma; Michael Kent Cueman; Roy James Primus
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2011-07-12
Also published as: CN101248263B; RU2436983C2; US7296555B2; ZA200802280B; EP1920149A1; EP1920149B1; WO2007024453A1; RU2008111153A; US20070044752A1; CA2618514A1; MX2008002496A; CN102155318A; AU2006283817A1; JP2009506255A; CN101248263A; AU2006283817B2

Abstract

<B>Sistema e método para o controle de injeção piloto<D>. Em certas formas de realização, é fornecido um método para que se opere um sistema turbo-alimentado, o qual inclui a injeção de uma certa primeira quantidade inicial de combustível no cilindro do motor, durante um primeiro período de tempo predeterminado, durante a segunda metade da compressão do ciclo de compressão, e antes do pistão do motor atingir o ponto morto superior do ciclo de compreensão. O método inclui adicionalmente a injeção de uma segunda quantidade de combustível no cilindro do motor, em um segundo período de tempo predeterminado, depois do primeiro período de tempo predeterminado, quando o pistão avança por um valor para o avanço predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

Description

Sistema e método para o controle de injeção piloto.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção se encontra relacionada, de uma forma em geral, a um sistema e a um método para que se opere um motor de ignição-compressão turbo-alimentado e, de uma forma mais específica, a um sistema e a um método para que se reduza o consumo específico de combustível, bem como a exaustão de emissões, em um motor diesel turbo-alimentado de uma locomotiva.

Em um motor de compressão-ignição, tal como um motor a diesel, um sistema de injeção de combustível injeta o combustível (isto é, combustível diesel) em ar que se encontra comprimido dentro de cada um dos cilindros do motor, para que se crie uma mistura ar-combustível a qual se explode devido ao calor e a pressão da compressão. Infelizmente, a eficiência do motor, a potência que é obtida, o consumo específico de combustível, as exaustões de emissões, e outras características da operação estão longe do ideal. Além do mais, as técnicas convencionais para que se melhorem as características da operação, normalmente influenciam de uma forma negativa em uma ou mais das demais características da operação. Assim, por exemplo, a tentativa de se reduzir o consumo específico para o combustível, normalmente aumenta no volume das diversas emissões. As emissões de um veículo normalmente incluem poluentes tais como o monóxido de carbono, os óxidos de nitrogênio (oxido de nitrogênio), materiais particulados (MP), e fumaça a qual é gerada devido à combustão de forma incompleta do combustível o qual se encontra dentro da câmara de combustão. A quantidade desses poluentes varia dependendo da mistura ar-combustível, da taxa de compressão, do tempo da injeção, das condições ambientais e assim em diante.

Desta forma, faz-se necessária uma técnica para que se reduza o consumo específico do combustível, sem que com isso se incrementem certas emissões, tais como as de óxido de nitrogênio, em um motor a diesel turbo-alimentado.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo com um dos aspectos da presente técnica, um método o qual inclui fazer-se a injeção de uma primeira quantidade de combustível em um cilindro de um motor, em um tempo que é predeterminado, durante a segunda metade de um ciclo de compressão, e antes que um dos pistões do motor atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão. O método ainda inclui efetuar uma segunda injeção de uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro do motor, em um segundo tempo predeterminado, após o primeiro tempo predeterminado, quando o pistão é avançado por um valor para o avanço que é predeterminado, e antes que o pistão atinja o ponto morto superior para o ciclo de compressão.

De acordo com ainda um outro aspecto da presente invenção, um método inclui o avançar da injeção de combustível por um valorpredeterminado para o avanço, para que se reduza o consumo do combustível em um motor de tipo compressão-ignição de uma locomotiva. O método ainda inclui efetuar a divisão da injeção de combustível de uma certa e predeterminada quantidade de combustível dentro de uma quantidade piloto de combustível, e a maior quantidade do combustível durante uma segunda metade de um ciclo de compressão, e antes do ponto morto superior do ciclo de compressão, do motor compressão-ignição, para que se reduzam as emissões de oxido de nitrogênio as quais são associadas com o avanço da injeção de combustível.

De acordo com ainda um outro aspecto da presente invenção, um sistema inclui uma controladora configurada para que faça a injeção de uma primeira quantidade de combustível dentro de um cilindro de um motor, em primeiro tempo predeterminado, durante a segunda metade de um ciclo de compressão, antes que um pistão do motor venha a atingir o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurado para que faça a injeção de uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro do motor, em um segundo tempo predeterminado, após o primeiro tempo predeterminado, quando o pistão é avançado por um valor para o avanço predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

De acordo com ainda um outro aspecto da presente invenção, uma locomotiva inclui um turbo-alimentador, um motor a compressão-ignição, e uma controladora a qual é acoplada ao motor compressão-ignição e é configurada para que faça a injeção de uma primeira quantidade de combustível em um cilindro de um motor, em um primeiro tempo predeterminado, durante a segunda metade do ciclo de compressão e antes que o cilindro do motor venha a atingir o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurado para que venha a injetar uma segunda quantidade de combustível dentro do motor, em um segundo tempo predeterminado, depois de um primeiro tempo predeterminado, quando o pistão avança por um valor predeterminado para o avanço, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

De acordo com ainda um outro exemplo da presente invenção, um motor inclui o fornecer de uma controladora a qual é configurada para que se injete uma primeira quantidade de combustível dentro de um cilindro de um motor em um primeiro tempo predeterminado durante o segundo tempo predeterminado, durante a segunda metade do ciclo de compressão e antes que o cilindro do motor venha a atingir o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurada para que injete uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro de um motor em um segundo tempo predeterminado, depois de um primeiro tempo predeterminado, no qual o pistão é avançado por um avanço de valor predeterminado, e antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.De acordo com ainda um outro aspecto da presente invenção, um programa de computador o qual inclui um meio de armazenamento e distribuição tangível, e instruções de programa dispostas em um meio de armazenamento e distribuição tangível, e aonde as instruções por meio de programa de computador incluem as instruções para que se injete uma primeira quantidade de combustível em um cilindro de um motor, em um primeiro tempo predeterminado, durante uma segunda metade do ciclo de compressão antes que o pistão do motor venha a atingir o ponto morto superior do ciclo de compressão, e de instruções para que se faça a injeção de uma segunda quantidade de combustível em um canal em um segundo tempo predeterminado, após o primeiro tempo predeterminado, quando o pistão avança por um valor predeterminado, e antes que o pistão venha a atingir o ponto morto superior do ciclo de compressão.

DESENHOS

As características acima referidas, bem como outras características, os aspectos e as vantagens da presente invenção serão melhores entendidas quando da compreensão das descrições que se seguem, e as quais devem ser lidas com os desenhos os quais acompanham o presente trabalho, nos quais caracteres similares representam partes similares por todos os desenhos, nos quais: A figura 1 traz a representação por meio de um diagrama de um motor turbo-alimentado, tal como em uma unidade de locomotiva motriz, o qual apresenta as emissões do motor, e as características específicas para o consumo de combustível especifico de acordo com uma forma preferencial de realização da presente técnica; A figura 2 traz a representação por meio de um diagrama, das emissões de um motor, e as características de controle lógico para o consumo específico de combustível, de acordo com uma forma preferencial de realização para a presente invenção;

- A figura 3 traz a representação por meio de um diagrama de um motor de combustão interna com diversos cilindros, o qual possui características para o controle da exaustão das emissões e o consumo específico para o combustível, de acordo com uma das formas preferenciais de realização da presente invenção;

A figura 4 traz a representação por meio de um diagrama de um sistema o qual incorpora um motor turbo-alimentado, tal como uma unidade de energia d uma locomotiva, o qual possui características para o controle da exaustão das emissões e o consumo para o combustível específico de acordo com uma das formas preferenciais de realização da presente invenção;

- A figura de número 5 traz um diagrama de fluxos o qual ilustra um processo para que se controle a exaustão das emissões de um motor, e o consumo específico de combustível, dentro de um motor turbo-alimentado, de acordo com uma das formaspreferenciais de realização da presente invenção; - A figura 6 traz um gráfico o qual ilustra uma variação da velocidade da entrada de combustível para uma primeira e para uma segunda quantidade injeção de combustível, de acordo com o ângulo do eixo de manivela, e especialmente o ponto 5 morto superior durante o ciclo de compressão de um motor compressão-ignição, de

acordo com uma das formas preferenciais de realização da presente invenção; A figura 7 traz um gráfico o qual ilustra a variação nas emissões do óxido de nitrogênio, com relação ao consumo específico de combustível, para um motor compressão-ignição, de acordo com uma das formas preferenciais de realização para 10 a presente invenção;

A figura 8 traz um diagrama de fluxos o qual ilustra um processo para que se controle a exaustões de emissões e o consumo específico de combustível dentro de um motor turbo-alimentado, de acordo com uma das formas preferenciais de realização para a presente invenção; e

-A figura de número 9 traz um diagrama de fluxos o qual ilustra um processo exemplar da manufatura de um motor turbo-alimentado, tal como os que equipam as unidades de energia de uma locomotiva, tendo as características de controle da exaustão das emissões e do consumo específico de combustível de acordo com uma das formas preferenciais de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Fazendo-se referência a figura 1, o sistema turbo-alimentado 10, o qual possui a redução lógica 11 para a exaustão das emissões do motor e o consumo específico de combustível, é ilustrada de acordo com certas formas preferenciais de realização da presente invenção. Na forma de realização a qual é 25 ilustrada, o sistema turbo-alimentado 10 é uma unidade de energia de uma locomotiva. Em uma outra possível forma preferencial de realização da presente invenção, a unidade de energia pode vir a ser usada para uma outra aplicação de motor de velocidade média, como as que são de conhecimento por todos aqueles indivíduos que tenham fluência na arte. A unidade de energia da locomotiva 10, inclui um turbo-alimentador 12 e um motor 30 de tipo compressão-ignição, isto é motor a diesel 14. Como serão discutidas em maiores detalhes logo abaixo, as formas preferenciais de realização da presente invenção propiciam as características para o monitoramento e o controle, tais como os sensores e os controles lógicos, para que se controlem as exaustões de emissões e o consumo específico de combustível (SFC - specific fuel consuption), da unidade de energia da locomotiva 10. Assim, por exemplo, as exaustões de emissões do motor são controladas e o consumo especifico de combustível é reduzido, por se dividir a injeção de combustível de uma predeterminada quantidade em uma injeção piloto de combustível e uma injeção principal avançada de combustível, durante uma segunda metade de umciclo de compressão, e antes do ponto morto superior do ciclo de compressão de um motor 14, tendo-se como base nas condições de operação do motor 14, tais como a velocidade do motor, o ângulo do eixo de manivela, a pressão comum da flauta, ou dados similares. De acordo com as formas preferenciais de realização da presente 5 invenção, a segunda metade do ciclo de compressão se relaciona a um ângulo do eixo de manivela de 90 graus, antes do ponto morto superior do ciclo de compressão. A operação de injeção inclui a divisão da injeção para o combustível em uma injeção piloto de combustível e a injeção principal de combustível, o que acaba por proporcionar uma maior quantidade de combustível no evento principal da injeção, avançado o evento da 10 injeção por um valor predeterminado, e ajustando o tempo entre a injeção piloto e a injeção principal.

O motor 14 o qual é ilustrado inclui uma entrada distribuidora para o ar 16 e a distribuição para a exaustão 18. O turbo-alimentador 12 inclui um compressor 20 e uma turbina 22, e é operada para que forneça o ar que é "15 comprimido para a entrada distribuidora para o ar 16, para a combustão dentro do cilindro 24. O cilindro 24 é acoplado à distribuição para a exaustão 18. Os gases da exaustão que são ejetados a partir da distribuição para a exaustão 18 são expandidos através da turbina 22, e desta forma forçam a rotação do eixo do turbo-alimentador 26 o qual se encontra conectado ao compressor 20. O compressor 20 suga o ar do ambiente, 20 através de um filtro de ar 28, e proporciona ar comprimido para um dissipador de calor 30. A temperatura do ar é aumentada devido à compressão através do compressor 20. O ar comprimido flui através do dissipador de calor 30 de tal forma que a temperatura do ar é reduzida antes de sua entrega na entrada distribuidora para o ar 16 do motor 14. Em uma das formas preferenciais de realização, o dissipador de calor 30 é um dissipador de 25 troca da água para o ar, o qual utiliza o ar do ambiente para que se facilite a remoção do calor do ar comprimido. Em ainda uma outra das formas preferenciais de realização da presente invenção, o dissipador de calor 30 se utiliza de uma combinação de meios de resfriamento e o ar ambiente para que se facilite a remoção do calor, do ar comprimido.

A unidade de energia da locomotiva 10 também inclui uma 30 controladora 32. Em uma outra das possíveis formas preferenciais de realização, a controladora 32 é uma controladora lógica a qual é programável por um usuário. Em uma outra das possíveis formas preferenciais de realização da presente invenção, a controladora 32 é uma controladora de injeção eletrônica de combustível, para o motor 14. A controladora 32 recebe o sinal 34 do ângulo de manivela do sensor de ângulo da 35 manivela 36, o qual é fornecido para que se detecte o ângulo de manivela (em graus) do eixo de manivela (o qual não é exibido) do motor 14. A controladora 32 pode ser operada para que venha a produziram sinal de pressão 38 para que se controle a operação de diversas bombas eletrônicas de injeção de combustível 40. As bombas eletrônicas deinjeção de combustível 40 guiam diversos injetores de combustível 42, para que se injete combustível em diversos cilindros 24 os quais pertencem ao motor 14. Na forma preferencial de realização que é ilustrada, o injetor de combustível 42 é um injetor de combustível atuado eletricamente. O injetor de combustível 42 normalmente efetua a injeção dentro do cilindro do motor 24, como sendo uma função do sinal 39 de injeção de combustível que é recebido a partir da controladora 32. O sinal 39 de injeção de combustível pode incluir formas de ondas que são indicativos de uma taxa desejada para a injeção, o tempo desejado para a injeção, a quantidade de combustível a qual deve ser injetada no cilindro 24, ou dados similarmente relevantes. Um pistão 44 é disposto de forma deslizante em cada cilindro 24 e de reciprocidade entre um ponto morto superior e a posição de ponto morto inferior. Como é de conhecimento por todos aqueles indivíduos que tenham fluêncía na arte, a controladora 32 também recebe um sinal de velocidade 46, à partir de um sensor de velocidade 48, o qual é configurado para que detecte a velocidade (em rotações por minuto do eixo manivela) do motor 14. A controladora 32 é configurada para que produza um sinal 39 de injeção de combustível para que se controle a operação de diversos injetores de combustível 42, tendo como base o sinal 34 do ângulo do eixo de manivela e o sinal 46 para a velocidade de motor.

Fazendo-se agora referência a figura de número 2, a controladora 32 tendo uma controladora lógica 11 para as exaustões de emissões e o consumo específico de combustível é ilustrada de acordo com as formas preferenciais de realização da presente invenção. Da forma como é ilustrada, a controladora 32 recebe sinais de sensor a partir de diversos sensores, tais como o sensor 36 para o ângulo do eixo de manivela, o sensor de velocidade 48, um sensor de energia 50, um sensor 52 para a temperatura da tomada de ar, um sensor 54 para a temperatura dos gases de exaustão, um sensor 56 para o oxigênio, um sensor 58 para o monóxido de carbono, e um sensor 60 para o oxido de nitrogênio. O sensor de energia 50 pode ser configurado para que detecte a potência do motor (em cavalos vapor). O sensor 52 de temperatura da tomada de ar pode ser configurado para que detecte a temperatura do ar (em graus centígrados ou em Kelvin) que é alimentado na entrada do distribuidor. O sensor 54 para a temperatura dos gases de exaustão pode ser configurado para que detecte a temperatura dos gases de exaustão (em graus centígrados ou em Kelvin) que é ejetado a partir do distribuidor de exaustão. O sensor 56 de oxigênio, o sensor 58 de monóxido de carbono, e o sensor 60 para o óxido de nitrogênio podem ser configurados para que detectem quantidades de oxigênio, monóxido de carbono, e óxidos de nitrogênio, de forma respectiva, existentes nos gases de exaustão. A controladora 32 inclui uma divisão na quantidade de combustível e o controle lógico de proporção 62, o qual habilita a controladora 32 a injetar uma primeira quantidade de combustível (isto é, a injeção de combustível piloto) 64, dentro do cilindro 24, e antes que o pistão atinja o ponto mortosuperior do ciclo de compressão. Por exemplo, a quantidade de combustível para a injeção de combustível piloto pode variar entre 1% a 5% do total da injeção de combustível a qual pode vir a ser injetada dentro do cilindro do motor antes do ponto morto superior do ciclo de compressão. A divisão das quantidades da divisão do 5 combustível a ser injetado e o controle lógico de proporção 62, também habilitam a controladora 32 a efetuar a injeção de uma segunda quantidade de combustível (isto é, a injeção maior/principal de combustível) 66, dentro do cilindro do motor, quando o pistão se encontre nas vizinhanças do ponto morto superior do ciclo de compressão. Assim, por exemplo, a injeção principal de combustível em quantidades na faixa de 95% a 99% do 10 total da quantidade desejada para a injeção de combustível, pode ser injetada dentro do cilindro 24 do motor quando a posição do pistão em uma das formas preferenciais de realização para a presente invenção a de vizinhança do ponto morto superior do ciclo de compressão.

A controladora 32 também inclui uma controladora lógica 68 "15 de tempo/avanço, a qual habilita a controladora 32 a injetar a quantidade de injeção de combustível piloto dentro do cilindro de motor em um primeiro tempo predeterminado 70, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão. Assim, por exemplo, a injeção de combustível piloto é executada quando a posição do pistão se encontra na faixa dos 20 a 90 graus antes do ponto morto superior do ciclo de compressão. A controladora lógica 68 de tempo/avanço de divisão da injeção de combustível também habilita a controladora 32 a injetar a quantidade para a injeção principal de combustível dentro do cilindro do motor, em um segundo tempo predeterminado 72, antes que o pistão atinja a posição de ponto morto superior do ciclo de compressão. Assim, por exemplo, a injeção principal de combustível pode ser 25 executada quando a posição do pistão se encontre na faixa de menos de 5 graus antes do ponto morto superior do ciclo de compressão.

Da forma como é ilustrada pela forma preferencial de realização, a controladora 32 adicionalmente inclui uma pressão para a divisão da injeção de combustível e uma controladora lógica 74 para a duração de pulso, a qual habilita a controladora 32 a controlar a pressão e a duração do pulso da injeção de combustível piloto 76. A pressão de combustível da divisão e a controladora lógica 74 para a duração de pulso também habilitam a controladora 32 a controlar a pressão e a duração do pulso da injeção principal de combustível 78. Da forma como foi apresentada acima, na forma de realização a qual foi ilustrada, a controladora 32 é configurada para que controle a 35 quantidade de combustível injetado o tempo, a pressão, e a duração do pulso, tomando como base a saída de diversos sensores. Apesar do fato que na forma preferencial de realização a qual é ilustrada, a controladora seja explicada em um cilindro 24 de motor, em outras formas preferenciais de realização a o da controladora se aplica a múltiploscilindros 24 de motor.

Fazendo-se agora referência à figura 3, a unidade de energia da locomotiva 10, a qual possui um arranjo do motor 14 em múltiplos cilindros, é ilustrada de acordo com certas formas preferenciais de realização da presente invenção.

Os injetores de combustível, cada um, incluem uma válvula para a injeção de combustível 80, a qual é disposta em comunicação de fluido com o seu respectivo cilindro 24. Na forma de realização que é ilustrada, o motor 14 inclui quatro cilindros 24 e quatro válvulas para a injeção de combustível 80, de forma respectiva. No entanto, outros números (isto é 6, 8, 10, 12, etc.) e configurações de cilindros 24 e de válvulas para a IO injeção de combustível 80, também devem ser consideradas como dentro do escopo da presente invenção. As válvulas para a injeção de combustível 80 são oferecidas para que façam a injeção de combustível na câmara de combustão de cada um dos cilindros 24. As válvulas para a injeção de combustível 80 são acopladas em uma flauta comum de alta pressão 82, as quais são configuradas para que pressurizem o combustível em uma 15 pressão que é predeterminada. A flauta comum de alta pressão 82, por sua vez, é acoplada à bomba de injeção eletrônica de combustível 40 por meio do tubo de fornecimento de combustível 84. A flauta comum de alta pressão 82 pode ser oferecida com um sensor de pressão (o qual não é exibido), para que se detecte uma pressão de combustível na flauta comum de alta pressão 82, e que se transmita um sinal de pressão 20 81, o qual corresponde à pressão detectada do combustível, para a controladora 32. A pressão do combustível na flauta comum é mantida a um valor predeterminado, dependendo das condições de operação do motor 14, por meio da atuação na bomba de injeção eletrônica de combustível 40. Em certas formas preferenciais de realização, a controladora 32 é configurada para que produza o sinal 39 de injeção de combustível 25 para que controle a operação de diversos injetores de combustível, tomando como base o sinal 34 do ângulo do eixo de manivela, e o sinal 46 para a velocidade do motor. Em outras formas preferenciais de realização da presente invenção, a unidade de energia pode possuir diversas guias comuns de alta pressão 82 e bombas de injeção eletrônica de combustível 40. Em um exemplo, o motor 14 da locomotiva pode incluir as seguintes 30 especificações, tais como a pressão máxima do cilindro em valores na faixa entre 80 a 240 bares; quatro ciclos, a operação em passos, isto é, identições para uma válvula de aceleração, a velocidade média oscilando na faixa situada entre 300 a 500 rotações por minuto; a cilindrada em torno de 5 a 20 litros por cilindro, e o sistema de injeção de combustível por flauta comum. 35 A entrada distribuidora para o ar 16 é acoplada à câmara de

combustão de seu respectivo cilindro 24. A entrada distribuidora para o ar 16 é acoplada então ao duto de entrada 86. O sensor de temperatura de ar de entrada (o qual não é exibido) pode ser fornecido para o duto de entrada 86. Um dissipador térmico 88 tambémpode ser fornecido para o duto de entrada 86, para que efetue a refrigeração da entrada de ar, por meio do duto de entrada 86. A distribuição para a exaustão 18 é acoplada à câmara de combustão dos respectivos cilindros 24. A distribuição para a exaustão 18 é acoplada a um duto de exaustão 90. Diversos sensores (os quais não são exibidos), tais como a o sensor para a temperatura dos gases de exaustão, o sensor de oxigênio, o censor para o monóxido de carbono, e o sensor para o óxido de nitrogênio, podem ser acoplados ao duto de exaustão 90.

Da forma como foi apresentada acima, a controladora 32 recebe o sinal 34 do ângulo do eixo de manivela, do sensor 36 para o ângulo do eixo de 10 manivela o qual é fornecido para que se possa determinar o ângulo do eixo de manivela do motor 14. A controladora 32 pode ser operada para que produza o sinal 39 de injeção de combustível, para que se possa controlar a operação dos injetores de combustível. A controladora 32 também recebe a sinal 46 para a velocidade de motor, a partir do sensor de velocidade 48, o qual é configurado para que detecte a velocidade do motor 14. Da 15 forma como foi discutida acima, na forma preferencial de realização para a presente invenção a qual foi ilustrada, a controladora 32 é configurada para que controle a quantidade da injeção de combustível, o tempo, a pressão e a duração do pulso, tendo como base a saída dos diversos sensores. O uso da flauta comum de alta pressão 82, em conjunto com a injeção eletrônica de combustível atuada eletricamente, possibilita à 20 controladora 32 a fornecer de forma flexível a taxa de injeção de combustível, o número das injeções de combustível, a quantidade da injeção de combustível, o tempo para a injeção de combustível, a pressão, e a duração do pulso. De acordo com as formas preferenciais de realização da presente invenção, a operação da injeção eletrônica de combustível para condições de carga de médio para plena do motor. 25 Para a injeção eletrônica de combustível de única injeção,

se o tempo para a injeção estiver adiantado, o consumo específico de combustível é reduzido e a emissão de gases é aumentada. De acordo com a presente invenção, a injeção do combustível é dividida entre a injeção de combustível piloto e a injeção principal de combustível, com os tempos avançados, antes do ponto morto superior do 30 ciclo de compressão no motor 14. A dispersão do combustível é melhorada devido à divisão da injeção de combustível e pode ser ainda mais aprimorada por meio do incremento da pressão de injeção do combustível. O combustível é distribuído de forma uniforme na câmara de combustão e a utilização do ar na câmara de combustão é melhorada. Pequenas quantidades de injeção piloto facilitam a tarefa de se evitar a 35 aderência de combustível às paredes do cilindro. Como um dos resultados, a emissão dos gases de exaustão é controlada de uma forma substancial, e o consumo específico de combustível é diminuído.

Fazendo-se agora referência a figura 4, na qual é ilustradauma das formas preferenciais de realização da unidade de energia da locomotiva 10. Da forma como a que foi descrita acima, a unidade de energia da locomotiva 10 inclui um turbo-alimentador 12 e um motor a diesel 14. A unidade de energia da locomotiva 10 pode ser usada para guiar um sistema 92. O sistema 92 pode incluir um motor para grandes altitudes de locomotiva, um motor automobilístico, um motor marítimo, ou ainda outros motores similares. A unidade de energia da locomotiva 10 inclui a controladora 32. A controladora 32 recebe o sinal 34 do ângulo do eixo de manivela a partir do sensor 36 para o ângulo do eixo de manivela, o qual é fornecido para que se faça a detecção do ângulo da manivela do motor 14. A controladora 32 pode ser operada para que produza sinal 39 de injeção de combustível, para que se controle a operação dos diversos injetores de combustível 42. A controladora 32 também recebe o sinal 46 para a velocidade de motor a partir do sensor de velocidade 48 o qual se encontra configurado para efetuar a detecção da velocidade do motor 14.

Na forma preferencial de realização a qual é ilustrada, a controladora 34 pode ainda incluir um banco de dados 94, um algoritmo 96, e um bloco de análise 98. O banco de dados 94 pode ser configurado para que armazene informação pré-definida, sobre a unidade de energia da locomotiva 10. Assim, por exemplo, o banco de dados 94 pode armazenar informação com relação ao ângulo da manivela, à velocidade do motor, a temperatura da entrada do ar, a temperatura dos gases de exaustão, a composição dos gases de exaustão, ou outras informações similares. O banco de dados 94 também pode incluir informações de conjuntos de instruções, de mapas, de tabelas de consulta, de variáveis, ou ainda outras informações que sejam similares. Tais mapas, tabelas de pesquisa, conjunto de instruções, são da operação, para que se faça a correlação da injeção de combustível piloto e a injeção principal de combustível, aos parâmetros específicos de operação do motor, tais como a velocidade do motor, o ângulo da manivela, a pressão da flauta comum, a quantidade de combustível que é desejada, ou outros similares. Além do mais, o banco de dados 94 pode ser configurado para que efetue o armazenamento de informações reais proveniente de sensoriamento e/ou da detecção, a partir dos sensores que foram acima mencionados. O algoritmo 96 facilita o processamento dos diversos sensores acima mencionados.

O bloco de análise 98 pode incluir uma variedade de tipos de circuitos, tais como um micro-processador, uma controladora lógica programável, um módulo lógico, e etc. O bloco de análise 98 em combinação com o algoritmo 96 pode ser usado para que se executem diversas tarefas computacionais, com relação à determinação de taxa de injeção do combustível, do número de injeções do combustível, a quantidade de combustível a ser injetado, do tempo, da pressão e da duração do pulso, do intervalo de tempo que transcorre entre a injeção de combustível piloto e a injeçãoprincipal de combustível, a corrente elétrica da forma de onda do injetor, e qualquer combinação que daí derive. Qualquer um dos parâmetros que foram mencionados anteriormente podem ser adaptados de uma forma seletiva e/ou dinâmica, ou então alterados, com relação ao tempo. A controladora 34 é configurada para que controle as exaustões de emissões do motor, e o consumo específico de combustível, por meio da execução da injeção de combustível piloto em um primeiro tempo predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e por adicionalmente executar a injeção principal de combustível avançada em um segundo tempo predeterminado depois do primeiro tempo predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

Fazendo-se agora referência a figura 5, que é uma figura que traz um diagrama de fluxos o qual ilustra uma forma preferencial de realização de um método de se operar o sistema turbo-alimentado 10 o qual é representado por meio da figura de número 1. Na forma de realização que é ilustrada, o ângulo da manivela e a velocidade do motor são determinados como representados ao passo 100. O sensor 36 para o ângulo do eixo manivela é fornecido para que possa propiciar a detecção do ângulo do eixo de manivela do motor, e o sensor de velocidade 48 é fornecido para que possa detectar a velocidade do motor (isto é, rotações por minuto do eixo da manivela). A controladora 32 define o primeiro tempo predeterminado para a injeção de combustível piloto, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, tendo-se como base o ângulo da manivela e/ou a velocidade do motor, da forma como é representada ao passo 102. A controladora 32 faz a atuação da bomba de injeção eletrônica de combustível 40, para que esta faça a injeção da quantidade de combustível piloto dentro do cilindro 24, da forma como é representada ao passo 104. Em algumas das formas preferenciais de realização da presente invenção, a quantidade de injeção de combustível piloto varia de 1% a 5% em relação a quantidade que deve ser injetada, quando o pistão se encontra entre 20 a 90 graus antes do ponto morto superior do ciclo de compressão. O combustível piloto se dispersa e se mistura com o ar existente dentro da câmara do cilindro 24. Na medida em que o pistão se move em direção ao ponto morto superior, a pressão e a temperatura da mistura do combustível piloto e do ar, atingem a temperatura de ignição (temperatura de auto-ignição), a mistura do combustível piloto e do ar entra em ignição, para formar os produtos resultantes da combustão, antes e durante o evento da injeção principal de combustível.

A controladora 32 define o segundo tempo predeterminado para a injeção principal de combustível, próxima a vizinhança do ponto morto superior do ciclo de compressão, tomando como base o ângulo do eixo de manivela e/ou a velocidade do motor, da forma como é representada ao passo 106. A controladora 32 atua na bomba de injeção eletrônica de combustível 40 para injetar a quantidade deinjeção principal de combustível dentro do cilindro 24, da forma como é representada ao passo 108. Em algumas das formas preferenciais de realização da presente invenção, a quantidade da injeção principal de combustível se encontra na faixa de 95% a 99%, quando o pistão se encontra a menos de 5 graus antes do ponto morto superior do ciclo 5 de compressão. A injeção principal de combustível também faz a mistura da mistura queimada do combustível piloto e do ar. A mistura do combustível piloto e do ar age como um diluente com um alto valor para o calor específico, para que se reduza a temperatura do evento da injeção principal de combustível, e desta forma reduzindo a exaustões de emissões de gases. A divisão da injeção de combustível em injeção de 10 combustível piloto e injeção principal de combustível melhora o consumo de combustível enquanto que mantém as exaustões de emissões do motor dentro de limites que são predeterminados.

Fazendo-se agora referência a figura 6, a qual traz um gráfico que representa a variação da velocidade da injeção de combustível (que é "15 representada ao eixo Y), com relação ao ângulo do eixo de manivela (o qual é representado ao eixo X) e, especificamente, o ponto morto superior 110, durante o ciclo de compressão do motor 14 compressão-ignição, da forma como é ilustrada, e de acordo com uma das formas preferenciais de realização da presente invenção. Na forma preferencial de realização a qual é ilustrada, por meio da curva 112 a qual representa a 20 quantidade da injeção de combustível piloto (isto é, 1%, 3% e 5%), iniciando em um primeiro ângulo 114, que é anterior ao ponto morto superior 110 dentro do cilindro do motor 14. O primeiro ângulo 114 da injeção de combustível piloto pode se encontrar entre 20 e 90 graus antes do ponto morto superior 110, durante o ciclo de compressão. A curva 116 representa a quantidade da injeção principal de combustível (isto é, 99%, 97% 25 e 95%), tendo início em um segundo ângulo 118 com relação ao ponto morto superior 110. O segundo ângulo 118 da injeção principal de combustível pode se encontrar na faixa de menos de 5 graus antes do ponto morto superior 110, durante o ciclo de compressão. O atraso é o período de tempo que transcorre entre o fim da injeção de combustível piloto e o início da injeção principal de combustível. No exemplo o qual é 30 ilustrado, o atraso pode variar entre 10 e 80 graus antes do ponto morto superior 110.

Fazendo-se agora referência a figura 7, a qual traz um gráfico que representa a variação das emissões de óxido de nitrogênio (que é representada ao eixo Y), com relação ao consumo específico de combustível (o qual é representado ao eixo X), mo motor 14 compressão-ignição, é ilustrado de acordo com 35 uma das formas preferenciais de realização da presente invenção. O eixo X representa a percentagem de alteração no consumo específico de combustível, tendo-se como relação a linha base SFC 119. O eixo Y representa a percentagem, de alteração nas emissões de óxido de nitrogênio, tomando-se como relação uma linha base óxido denitrogênio 119. A curva 120 representa o decremento nas emissões do óxido de nitrogênio e o consumo específico de combustível para uma injeção de combustível piloto de 3%. O atraso entre a injeção de combustível piloto e a injeção principal de combustível pode variar na faixa situada entre 10 e 80 graus antes do ponto morto superior. A curva 122 representa o decremento no consumo específico de combustível e o incremento nas emissões de óxido de nitrogênio para a injeção de combustível piloto de 3%, o atraso de 60 graus antes do ponto morto superior, e relativamente alta taxa de injeção de combustível. A curva 124 representa a redução no consumo específico de combustível e o incremento nas emissões de óxido de nitrogênio, para uma injeção de combustível piloto de 3%, o atraso de 60 graus antes do ponto morto superior, com taxa de injeção relativamente alta, e o tempo para a injeção principal de combustível avançado em 2 graus antes do ponto morto superior. Da forma como foi anteriormente discutida, a emissão dos gases de exaustão do motor é controlada e o consumo específico de combustível é reduzido pela divisão do combustível de injeção, de uma certa quantidade predeterminada em uma injeção de combustível piloto e uma injeção principal de combustível, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, no motor 14, tendo-se como base as condições de operação do motor 14, tais como a velocidade do motor, o ângulo do eixo de manivela, a pressão na flauta comum, ou outros dados similares. Em um exemplo, um benefício superior a 2% do consumo específico de combustível pode ser obtido, enquanto que se mantêm as emissões de óxido de nitrogênio dentro de certos parâmetros predeterminados.

Fazendo-se agora referência a figura 8, a qual traz um diagrama de fluxos que representa ainda uma outra variação do método para a operação do sistema turbo-alimentado 10, o qual é representado por meio da figura 1. Na forma preferencial de realização da presente invenção que é ilustrada, o sistema para a injeção de combustível do motor 14 é atuado tomando-se como base o ângulo do eixo de manivela e a velocidade do motor, da forma como é representada ao passo 126. O sistema para a injeção de combustível inclui diversos injetores de combustível, os quais são acoplados na flauta comum de alta pressão 82, a qual é configurada para que efetue a pressurização do combustível em um valor de pressão predeterminado. Da forma como foi descrita acima, o uso da flauta comum de alta pressão 82 em conjunto com a injeção de combustível atuado eletricamente permite com que a controladora 32 possibilite taxas de injeção de combustível que sejam flexíveis, bem como o número de injeções de combustível, a quantidade do combustível que é injetado, o tempo, a pressão e a duração do pulso.

A emissão dos gases de exaustão é reduzida, ou então mantidas, dentro de certos limites predeterminados, por meio da divisão da injeção de combustível entre a injeção de combustível piloto e a injeção principal de combustível,antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão do motor 14, da forma como é representada ao passo 128. A que quantidade de combustível piloto se situa em torno de 1% a 5%, e é injetada quando para pistão se encontra entre 20 e 90 graus antes do ponto morto superior do ciclo de compressão. A injeção de combustível piloto dispersa o combustível e o mistura com o ar que é alimentado na câmara de combustão do cilindro 24 do motor. Na medida em que o pistão se move em direção ao ponto morto superior do ciclo de compressão, a pressão e a temperatura da mistura de combustível piloto e do ar são incrementadas, devida à compressão. Quando a mistura ar combustível piloto atinge a temperatura de ignição, a mistura ar combustível piloto entra em ignição para formar produtos de combustão antes e durante o evento da injeção principal de combustível. O consumo específico de combustível é reduzido por meio do avançamento da injeção principal de combustível nas vizinhanças do ponto morto superior do ciclo de compressão, como ao passo 130. O combustível da injeção de combustível piloto se dispersa e mistura com o ar que existe dentro da câmara de combustão do cilindro 24 do motor 14. O combustível principal também se mistura com a mistura pré-existente, e já queimada, do combustível piloto e de ar. A mistura previamente existente na câmara de combustão, e já queimada, age como um diluente com alto valor para o calor específico, para que se reduza a temperatura do evento da injeção principal de combustível, e desta forma reduzindo a exaustões de emissões de gases. O avançar do evento da injeção principal de combustível permite uma melhor dispersão do combustível, o que acaba por resultar em um melhoramento no consumo de combustível. Desta forma, uma combinação de uma pequena quantidade de injeção de combustível piloto e uma injeção principal de combustível avançada propicia a redução no consumo de combustível, enquanto que mantém as emissões dos gases de exaustão dentro de limites seguros.

Fazendo-se ora referência a figura 9, a qual traz um diagrama de fluxos o qual ilustra um método para a manufatura da unidade de energia 10, de acordo com as formas preferenciais de realização da presente invenção. O método inclui o fornecimento de uma certa quantidade de divisão de injeção de combustível, e o controle lógico de proporção 62, o qual habilita a controladora 32 a injetar uma primeira quantidade de combustível (isto é, a injeção de combustível piloto) 64, dentro do cilindro do motor, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão e que injete uma segunda quantidade de combustível (isto é, a maioria/ principal da injeção de combustível) 66, dentro do cilindro do pistão, quando o pistão se encontrar nas vizinhanças do ponto morto superior do ciclo de compressão, da forma como é representada ao passo 132. A injeção de combustível piloto é executada quando a posição do pistão se encontra entre 20 e 90 graus, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão. O motor adicionalmente compreende ofornecimento da controladora lógica 68 de tempo/avanço a qual habilita a controladora 32 a injetar a quantidade da injeção principal de combustível dentro do canal lógico do motor, em um segundo tempo predeterminado 72, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, da forma como é representada por meio do passo 134. A injeção principal de combustível é avançada em valor igual ou menor a 5 graus antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão. O método adicionalmente compreende o fornecimento da controladora lógica 74 para a duração de pulso e pressão da divisão da injeção de combustível, a qual habilita a controladora 32 para que controle a pressão e a duração do pulso da injeção de combustível piloto 76, e a injeção principal de combustível 78 da forma como é apresentada ao passo 136. A pressão de divisão de injeção de combustível e a controladora lógica 74 para a duração de pulso também podem habilitar a controladora 32, para que esta controle o atraso que existe entre a injeção de combustível piloto e a injeção principal de combustível.

Somente algumas características da presente invenção foram ilustradas e descritas neste presente trabalho, muitas modificações e alterações irão ser percebidas por todos aqueles indivíduos que tenham fluência na arte. É, portanto, a ser entendido que as reivindicações que se seguem tema intenção de cobrir todas tais modificações e alterações, à medida em que caiam dentro do espírito real da presente invenção.

Claims

1. Um método, compreendendo:injetar uma primeira quantidade de combustível dentro de um cilindro de um motor em um primeiro tempo predeterminado, durante uma segunda metade do ciclo de compressão, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão; einjetar uma segunda quantidade de combustível dentro de um cilindro de um motor em um segundo tempo predeterminado, posterior ao primeiro tempo predeterminado, quando o pistão é avançado por um valor predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

2. O método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo incorporar os produtos da combustão da primeira quantidade de combustível na segunda quantidade de combustível.

3. O método, de acordo com a reivindicação 1, no qual o primeiro tempo predeterminado corresponde a um ângulo do eixo de manivela entre 20 e 90 graus antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e o segundo tempo predeterminado corresponde a um ângulo da manivela de menos de 5 graus antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

4. O método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo definir a quantidade de combustível, sendo que injetar a primeira quantidade de combustível compreende injetar uma quantidade de combustível piloto em torno de 1 a 5 por cento da quantidade de combustível, e injetar uma segunda quantidade de combustível compreendendo injetar uma maior quantidade de combustível, que corresponde à cerca de 95 a 99 por cento da quantidade do combustível.

5. O método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo alimentar um motor a diesel compreendendo o cilindro do motor.

6. O método, de acordo com a reivindicação 5, ainda compreendendo alimentar uma locomotiva por meio de um motor a diesel.

7. O método, de acordo com a reivindicação 6, ainda compreendendo modificar o sistema de injeção de combustível de um motor a diesel.

8. O método, de acordo com a reivindicação 7, no qual modificar o sistema de injeção de combustível compreende prever uma flauta comum de alta pressão com diversos injetores de combustível.

9. Um método, compreendendo:avançar a injeção de combustível por um valor de avanço predeterminado, para reduzir o consumo específico de combustível em um motor compressão-ignição de uma locomotiva; edividir a injeção de combustível de uma quantidade de combustível predeterminada em uma quantidade de combustível piloto e uma quantidade principal de combustível, durante uma segunda metade de um ciclo de compressão e antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão do motor compressão-ignição, para que se reduzam as emissões de óxido de nitrogênio as quais são associadas ao avanço da injeção de combustível.

10. O método, de acordo com a reivindicação 9, no qual avançar a injeção de combustível compreende injetar a quantidade de combustível piloto em um ângulo do eixo de manivela entre cerca de 20 e 90 graus antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e injetar uma quantidade principal de combustível com um ângulo do eixo de manivela menor que cerca de 5 graus antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

11. O método, de acordo com a reivindicação 9, no qual avançar e dividir compreende modificar o sistema de injeção de combustível de um motor compressão-ignição, para que se reduza o consumo específico de combustível sem que se incremente o nível de emissões.

12. O método, de acordo com a reivindicação 11, no qual modificar o sistema de injeção de combustível compreende proporcionar uma flauta comum de alta pressão apresentando diversos injetores de combustível.

13. Um sistema, compreendendo:uma controladora configurada para injetar uma primeira quantidade de combustível em um cilindro de um motor, em um primeiro tempo predeterminado, durante a segunda metade do ciclo de compressão e antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurada para injetar uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro de um motor em um segundo tempo predeterminado, depois do primeiro tempo predeterminado quando o pistão é avançado por um valor predeterminado para o avanço e antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

14. O sistema, de acordo com a reivindicação 13, ainda compreendendo um sensor para o ângulo do eixo de manivela e um sensor para a velocidade do motor, acoplado à controladora e configurado para detectar o ângulo do eixo de manivela e a velocidade do motor, respectivamente.

15. O sistema, de acordo com a reivindicação 14, no qual a controladora é configurada para que controle a injeção de uma primeira quantidade de combustível e de uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro do motor, tendo como base nos respectivos valores para o ângulo do eixo de manivela e na velocidade do motor.

16. O sistema, de acordo com a reivindicação 15, aindacompreendendo um motor a diesel o qual possuía a controladora.

17. O sistema, de acordo com a reivindicação 16, ainda compreendendo um veículo tendo um motor a diesel e a controladora acoplada ao motor a diesel.

18. O sistema, de acordo com a reivindicação 13, no qual a controladora é configurada para que controle diversos injetores de combustível, para que se ajuste a quantidade e o tempo da injeção de combustível, tomando-se como base o ângulo do eixo de manivela e a velocidade do motor.

19. Uma locomotiva, compreendendo:um turbo-alimentador; um motor compressão-ignição;uma controladora acoplada ao motor compressão-ignição e configurada para que injete uma primeira quantidade de combustível em um cilindro do motor em um primeiro tempo predeterminado, durante a segunda metade de um ciclo de compressão e antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurada para que injete uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro do motor em um segundo tempo predeterminado, depois do primeiro tempo predeterminado, quando o pistão é avançado por um valor predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

20. A locomotiva, de acordo com a reivindicação 19, ainda compreendendo um sensor para o ângulo do eixo de manivela e um sensor para a velocidade do motor, acoplados a controladora e configurados para detectar o ângulo do eixo de manivela e a velocidade do motor, respectivamente.

21. A locomotiva, de acordo com a reivindicação 20, na qual a controladora é configurada para que controle a injeção de uma primeira quantidade de combustível e uma segunda quantidade de combustível, dentro do cilindro do motor, tendo como base os respectivos valores para o ângulo do eixo de manivela e a velocidade do motor.

22. Um método, compreendendo:- fornecer uma controladora configurada para injetar uma primeira quantidade de combustível dentro de um cilindro de um motor, em um primeiro tempo predeterminado, durante a segunda metade do ciclo de compressão, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurada para injetar uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro do motor em um segundo tempo predeterminado, depois do primeiro tempo predeterminado, quando o pistão avança por um valor de avanço predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.

23. O método, de acordo com a reivindicação 22, ainda compreendendo fornecer um motor a compressão-ignição possuindo a controladora.

24. O método, de acordo com a reivindicação 23, ainda compreendendo fornecer um veículo com o motor compressão-ignição e a controladora acoplada ao motor a compressão-ignição.

25. O método, de acordo com a reivindicação 24, no qual fornecer o veículo compreende fornecer uma locomotiva.

26. Um programa de computador, compreendendo:um meio tangível; einstruções de programa dispostas no meio tangível, no qual as instruções de programa incluem instruções para injetar uma primeira quantidade de combustível dentro de um cilindro de um motor, em um primeiro tempo predeterminado, durante a segunda metade do ciclo de compressão, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão, e configurada para injetar uma segunda quantidade de combustível dentro do cilindro do motor em um segundo tempo predeterminado, depois do primeiro tempo predeterminado, quando o pistão avança por um valor de avanço predeterminado, antes que o pistão atinja o ponto morto superior do ciclo de compressão.