BRPI0803627B1 - Método de controle da proporção de mistura em um motor de combustão interna multicilindros equipado com pelo menos duas sondas lambda dispostas a montante de um conversor catalítico - Google Patents
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Abstract
método de controle da proporção de mistura em um motor de combustão interna multicilindros equipado com pelo menos duas sondas lambda dispostas a montante de um conversor catalítico. trata-se de um método de controle para a proporção de mistura em um motor de combustão interna multiciiindros (1), o método de controle compreendendo o seguinte: ler um primeiro valor real da proporção de mistura por meio de uma sonda lambda mestra (7a) associada a um primeiro grupo de cilindros (9a), ler um segundo valor real da proporção de mistura por meio de uma sonda lambda auxiliar (7b) associada a um segundo grupo de cilindros (9b), calcular uma primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiro grupo de cilindros (9a) para controlar um valor alvo da proporção de mistura usando o primeiro valor real da proporção de mistura como uma variável de realimentação, calcular a média do segundo valor real da proporção de mistura na janela de detecção, calcular um valor de coifeção para a quantidade de combustível a ser injetada com base na diferença entre um valor alvo e a média do segundo valor real da proporção de mistura, e calcular uma segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do segundo grupo de cilindros (9b) aplicando-se o valor de correção à primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiro grupo de cilindros (9a). (figura 1)
Description
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a um método de controle para a proporção de mistura em um motor de combustão interna multicilindros equipado com pelo menos duas sondas lambda dispostas a montante de um conversor catalítico.
ESTADO DA TÉCNICA
Um motor de combustão interna multicilindros compreende uma série de cilindros, cada um dos quais queima ciclicamente uma mistura composta por um comburente (ar fresco recebido da atmosfera) e um combustível (gasolina, óleo diesel ou semelhantes) e deve ter valores de proporção de mistura (isto é, a proporção entre o comburente e o combustível) igual a um valor alvo, que varia dependendo da condição de operação do motor e que fica geralmente próximo ao valor estequiométrico necessário para o funcionamento correto dos conversores catalíticos no sistema de escape.
Com o intuito de otimizar a eficiência da conversão do conversor catalítico, propôs-se fazer com que o valor da proporção da mistura (e, por conseguinte, o teor de oxigênio no gás de escape) oscile em torno de um valor médio igual ou próximo ao valor estequiométrico pelo uso de um pulso senoidal com amplitude e freqüência dependentes das características físicas e da idade do conversor catalítico em questão.
As medidas do teor de oxigênio do gás de escape, as quais são calculadas por uma sonda lambda posicionada a montante do conversor catalítico, são usadas para controlar a proporção da mistura.
Quando uma única sonda lambda é colocada a montante do conversor catalítico, a medida fornecida pela única sonda lambda é usada para controlar a proporção de mistura de todos os cilindros no motor de combustão interna. Em particular, um único controlador PID, que regula a quantidade de combustível injetada, é usado para controlar um valor alvo para a proporção de mistura usando a medição fornecida pela única sonda lambda como uma variável de realimentação.
Quando várias sondas lambda estão presentes, os cilindros do motor equipado com sondas lambda são divididos em uma série de grupos (normalmente compreendendo de um a três cilindros) e cada sonda lambda é instalada a montante de um coletor de escape que combina o gás de escape de todos os cilindros de modo que a mesma sonda lambda meça o teor de oxigênio do gás de escape de um respectivo grupo de cilindros; a proporção de mistura de cada grupo de cilindros é controlada de modo independente da proporção de mistura dos outros grupos de cilindros usando a medição fornecida pela respectiva sonda lambda. Especificamente, um controlador PID é usado para cada respectivo grupo de cilindros, o qual regula a quantidade de combustível injetado dentro do grupo de cilindros, a fim de controlar um valor alvo para a proporção de mistura, usando a medição fornecida pela respectiva sonda lambda como uma variável de realimentação.
A maneira supramencionada de controlar a proporção de mistura apresenta algumas desvantagens quando várias sondas lambda estão presentes, uma vez que se torna difícil alcançar a oscilação pretendida na proporção de mistura do gás de escape alimentado ao conversor catalítico visto que os controles da proporção de mistura dos vários grupos de cilindros são mutuamente independentes. Em outras palavras, cada controle de proporção de mistura tenta atingir a oscilação pretendida na proporção de mistura do gás de escape, mas as oscilações causadas pelos vários controles de proporção de mistura podem não ser estar perfeitamente sincronizadas devido à presença inevitável de pequenas assimetrias e, portanto, a oscilação total (constituída pela soma das oscilações causadas pelos vários controles de proporção de mistura) que afeta o conversor catalítico pode ser muito diferente da oscilação pretendida, tanto em termos de amplitude quanto de freqüência.
REVELAÇÃO DA INVENÇÃO
O objetivo da presente invenção é o de oferecer um método de controle para a proporção de mistura em um motor de combustão interna multicilindros equipado com pelo menos duas sondas lambda dispostas a montante de um conversor catalítico, o referido método de controle sendo tanto livre das desvantagens supramencionadas quanto, em particular, de implementação fácil e econômica.
De acordo com a presente invenção, é proposto um método de controle para a proporção de mistura em um motor de combustão interna multicilindros equipado com pelo menos duas sondas lambda dispostas a montante de um conversor catalítico, de acordo com o revelado pelas reivindicações anexas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Agora, descreveremos a presente invenção com referência aos desenhos apensos, os quais ilustram duas concretizações não- restritivas, nos quais:
A Figura 1 é uma vista esquemática de um motor de combustão interna que opera de acordo com o método de controle que constitui o objeto da presente invenção, e
A Figura 2 é uma vista esquemática de outro motor de combustão interna que opera de acordo com o método de controle que constitui o objeto da presente invenção.
CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO
Na Figura 1, o número de referência 1 indica, em sua totalidade, um motor de combustão interna compreendendo dois cilindros 2, cada um dos quais é conectado a um coletor de admissão (não ilustrado), por meio de pelo menos uma respectiva válvula de admissão (não ilustrado), e a um coletor de escape 3, por meio de pelo menos uma respectiva válvula de escape (não ilustrada). Um sistema de escape 4, o qual emite os gases produzidos pela combustão para a atmosfera e compreende um conversor catalítico 5 e pelo menos um silencioso (não ilustrado) disposto a jusante do conversor catalítico 5, é conectado ao coletor de escape 3.
Cada cilindro 2 é conectado ao coletor de escape 3 por meio de um tubo de escape 6, o qual se estende desde o cilindro 2 e termina no coletor de escape 3; uma sonda lambda 7, a qual pode oferecer uma saída binária do tipo ligado/desligado, para indicar se a proporção de mistura do gás de escape está acima ou abaixo do valor estequiométrico, ou uma saída linear, que indica o teor de oxigênio no gás de escape, é conectada a cada tubo de escape 6.
Cada cilindro 2 recebe ar fresco (isto é, ar vindo da atmosfera) por meio do coletor de admissão (não ilustrado) e recebe combustível de um sistema de injeção de combustível (não ilustrado), o qual pode ser do tipo indireto ou direto. O ar fresco e o combustível se misturam para formar uma mistura que é queimada dentro de cada cilindro 2 para gerar o torque que provoca a rotação de um eixo cardã (não ilustrado) do motor de combustão interna 1. O motor de combustão interna 1 compreende uma unidade eletrônica de controle 8 que controla o sistema de injeção de combustível de modo que a proporção de mistura queimada nos cilindros 2 seja igual a um valor pretendido que varia em função da condição de funcionamento do motor e costuma ser próximo ao valor estequiométrico necessário para o funcionamento correto do conversor catalítico 6.
Descreveremos agora o procedimento de controle usado pela unidade eletrônica de controle 8 para controlar a proporção de mistura queimada nos cilindros 2, ou, então, para determinar a quantidade de combustível a ser injetada rios cilindros 2.
Com o intuito de controlar a proporção de mistura queimada nos cilindros 2, a unidade eletrônica de controle 8 divide os dois cilindros 2 em dois grupos 9 de cilindros, cada um dos quais é associado a uma respectiva sonda lambda 7. Em outras palavras, o cilindro 2 do grupo de cilindros 9a descarrega o gás de escape no tubo de escape 6 equipado com a respectiva sonda lambda 7a, ao passo que o cilindro 2 do grupo de cilindro 9b descarrega o gás de escape no tubo de escape 6 equipado com a respectiva sonda lambda 7b. Dessa maneira, cada sonda lambda 7 detecta a composição do gás de escape descarregado pelos cilindros 2 do respectivo grupo de cilindros 9. Além disso, a unidade eletrônica de controle 8 considera a sonda lambda 7a como a sonda principal ou “mestra” e considera a sonda lambda 7b como a sonda secundária ou “auxiliar”, de modo que o controle da proporção de mistura queimada nos cilindros 2 seja realizado usando o sinal da sonda lambda mestra 7a, ao passo que o sinal da sonda lambda auxiliar 7b é usado somente para fazer uma correção para o grupo de cilindros 9b associado à sonda lambda auxiliar 7b. O fato de considerar a sonda lambda 7a como a mestra e considerar a sonda lambda 7b como a auxiliar é apenas uma convenção estabelecida na fase de desenvolvimento e poderia ser invertido sem problemas (isto é, considerando a sonda lambda 7a como a auxiliar e a sonda lambda 7b como a mestra).
A unidade eletrônica de controle 8 estabelece um valor alvo da proporção de mistura, o qual costuma estar próximo ao valor estequiométrico e geralmente varia de acordo com a condição de operação do motor (por exemplo, no caso de um motor frio, mantém-se lima proporção de mistura mais rica). Em seguida, a unidade eletrônica de controle 8 lê um primeiro valor real da proporção de mistura por meio da sonda lambda mestra 7a associada ao primeiro grupo de cilindros 9a e calcula uma primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a para controlar o valor alvo da proporção de mistura usando o primeiro valor real da proporção de mistura fornecido pela sonda lambda mestra 7a como uma variável de realimentação. Por exemplo, a unidade eletrônica de controle 8 usa um controlador PID para definir a quantidade de combustível injetada dentro dos cilindros 2 do grupo de cilindros 9a para controlar o valor alvo da proporção de mistura usando o primeiro valor real da proporção de mistura fornecido pela sonda lambda mestra 7a como uma variável de realimentação.
Em aditamento, a unidade eletrônica de controle 8 lê um segundo valor real da proporção de mistura por meio da sonda lambda auxiliar 7b associada ao grupo de cilindros 9b, calcula um valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura em uma janela de detecção, calcula a média do segundo valor real da proporção de mistura na janela de detecção, calcula um valor de correção para a quantidade de combustível a ser injetada em função da diferença entre o valor alvo médio e a média do segundo valor real da proporção de mistura, e calcula uma segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b aplicando-se o valor de correção à primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a. Por exemplo, a fim de determinar a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b, o valor de correção é adicionado algebricamente à (ou multiplicado pela) primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9b.
É importante frisar que a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b é obtida diretamente a partir da primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a, da qual ela se difere apenas pelo valor de correção. Como conseqüência, a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b está em perfeitamente em fase com a primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a. Sendo assim, é possível obter, de maneira fácil e precisa, uma oscilação na proporção de mistura do gás de escape alimentado ao conversor catalítico 5, pois se a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b estiver em perfeita fase com a primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a, então, a proporção de mistura do gás de escape descarregado pelos cilindros 2 do segundo giupo de cilindros 9b também está em perfeita fase com a proporção de mistura do gás de escape descarregado pelos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a.
De acordo com uma concretização preferida, a unidade eletrônica de controle 8 calcula a média do primeiro valor real da proporção de mistura na janela de detecção e, em seguida, calcula o valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura com base na média do primeiro valor real da proporção de mistura e/ou com base no valor alvo da proporção de mistura. Vale a pena frisar que o valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura pode ser idêntica ou até mesmo (ligeiramente) diferente da média do primeiro valor real da proporção de mistura; por exemplo, o valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura podería ser usado para corrigir uma variação indesejada entre a média do primeiro valor real da proporção de mistura e o valor alvo da proporção de mistura.
A janela de detecção pode ser definida em uma base de tempo (isto é, pode ser medida em segundos e, portanto, ter uma duração de tempo constante) ou pode ser definida com base no número de comutações realizadas pela sonda lambda mestra 7a (isto é, pode ser medida em um número de comutações e, portanto, ter uma duração de tempo variável).
De acordo com uma possível concretização, a unidade eletrônica de controle 8 realiza análises de histórico no valor de correção, calcula um valor de correção de histórico com base no resultado da análise de histórico do valor de correção e aplica o valor de correção histórico por padrão para determinar a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b, aplicando o valor de correção histórico à primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a. Em outras palavras, a unidade eletrônica de controle 8 utiliza inicialmente o valor de correção histórico que, se necessário, é posteriormente modificado com base na diferença entre o valor alvo médio e a média do segundo valor real da proporção de mistura.
A Figura 2 ilustra um motor de combustão interna 1 diferente, o qual é totalmente similar ao primeiro motor de combustão interna supramencionado 1 ilustrado na Figura 1, exceto pelo fato de que ele compreende quatro cilindros 2 divididos em dois grupos de cilindros 9, cada um contendo dois cilindros 2.
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E evidente que o método de controle supramencionado pode ser aplicado a qualquer motor de combustão interna multicilindros equipado com pelo menos duas sondas lambda dispostas a montante de um conversor catalítico comum. Por exemplo, o motor de combustão interna poderia compreender seis cilindros divididos em três grupos de cilindros acoplados a três sondas lambda; neste caso, uma sonda lambda é a mestra, ao passo que as outras duas sondas lambda são auxiliares.
Como alternativa, o motor de combustão interna poderia compreender quatro cilindros divididos em quatro grupos de cilindros acoplados a quatro sondas lambda; neste caso, uma sonda lambda é a mestra e as outras três sondas lambda são auxiliares.
O método de controle supramencionado para a proporção de mistura tem a vantagem de que a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros do segundo grupo de cilindros 9b está perfeitamente em fase com a primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a e, portanto, a proporção de mistura do gás de escape descarregado pelos cilindros 2 do segundo grupo de cilindros 9b também está perfeitamente em fase com a proporção de mistura do gás de escape descarregado pelos cilindros 2 do primeiro grupo de cilindros 9a. Desse modo, é possível obter, de maneira fácil e precisa, uma oscilação na proporção de mistura do gás de escape alimentado ao conversor catalítico 5. Além disso, o método de controle supramencionado para a proporção de mistura é de concretização fácil e econômica em um motor de combustão interna moderno, uma vez que não necessita da instalação de nenhum componente adicional em relação aos já normalmente presentes e, sobretudo, recorre ao uso de apenas um controlador PID independente do número de grupos de cilindros (isto é, independente do número de sondas lambda), em vez de um controlador PID para cada grupo de cilindros (isto é, pra cada sonda lambda) como acontece em um controle tradicional.
Claims (8)
- Reivindicações1. Método de controle para a proporção de mistura em um motor de combustão interna multicilindros (1) equipado com pelo menos duas sondas lambda (7) dispostas a montante de um conversor catalítico comum (5) e com pelo menos dois grupos (9) de cilindros, cada um dos quais está associado a uma respectiva sonda lambda (7), o método de controle compreendendo as etapas de:estabelecer um valor alvo da proporção de mistura;ler um primeiro valor real da proporção de mistura por meio de uma sonda lambda mestra (7a) associada a um primeiro grupo de cilindros (9a);ler um segundo valor real da proporção de mistura por meio de uma sonda lambda auxiliar (7b) associada a um segundo grupo de cilindros (9a); e calcular uma primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiro grupo de cilindros (9a) para controlar o valor alvo da proporção de mistura, usando o primeiro valor real da proporção de mistura fornecido pela sonda lambda mestra (7a) como uma variável de realimentação;o método de controle sendo caracterizado por adicionalmente compreender as etapas de:calcular um valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura em uma janela de detecção;calcular a média do segundo valor real da proporção de mistura na janela de detecção;calcular um valor de correção para a quantidade de combustível a ser injetada em função da diferença entre o valor alvo médio e a média do segundo valor real da proporção de mistura; e calcular uma segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do segundo grupo de cilindros (9b) aplicando-se o valor de correção à primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiroPetição 870190047198, de 20/05/2019, pág. 5/10
- 2/3 grupo de cilindros (9a).2. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor de correção é adicionado algebricamente à primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiro grupo de cilindros (9a) a fim de determinar a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do segundo grupo de cilindros (9b).
- 3. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor de correção é multiplicado pela primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiro grupo de cilindros (9a) a fim de determinar a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do segundo grupo de cilindros (9b).
- 4. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de calcular o valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura na janela de detecção adicionalmente compreende as etapas de:calcular a média do primeiro valor real da proporção de mistura na janela de detecção; e calcular o valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura em função da média do primeiro valor real da proporção de mistura.
- 5. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o valor alvo para a média do segundo valor real da proporção de mistura é calculado em função do valor alvo da proporção de mistura.
- 6. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a janela de detecção é definida em uma base de tempo.
- 7. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações1 a 6, caracterizado pelo fato de que a janela de detecção é definida com base noPetição 870190047198, de 20/05/2019, pág. 6/103/3 número de comutações realizadas pela sonda lambda mestra (7a).
- 8. Método de controle, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender as etapas adicionais de:realizar uma análise histórica no valor de correção;calcular um valor de correção histórico com base no resultado da análise histórica do valor de correção; e aplicar o valor de correção histórico por padrão para determinar a segunda quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do segundo grupo de cilindros (9b) aplicando-se o valor de correção histórico à primeira quantidade de combustível a ser injetada dentro dos cilindros (2) do primeiro grupo de cilindros (9a).
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Legal Events
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B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
B06I | Publication of requirement cancelled [chapter 6.9 patent gazette] |
Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 6.6.1 NA RPI NO 2467 DE 17/04/2018 POR TER SIDO INDEVIDA. |
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B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 20/08/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. (CO) 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 20/08/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |
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B09W | Correction of the decision to grant [chapter 9.1.4 patent gazette] |
Free format text: RETIFICACAO DO DESPACHO 9.1 PUBLICADO NA RPI 2532, DE 16/07/2019. |
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B16C | Correction of notification of the grant [chapter 16.3 patent gazette] |
Free format text: REF. RPI 2537 DE 20/08/2019 QUANTO AOS DESENHOS. |