BRPI1004581A2 - processo para a operaÇço de um motor de combustço interna com multicombustço de trabalho - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A OPERAÇçO DE UM MOTOR DE COMBUSTçO INTERNA COM MULTICOMBUSTçO EM UM CICLO DE TRABALHO. A presente invenção refere-se a um processo para a operação de um motor de combustão interna com pelo menos um cilindro de trabalho, sendo que em pelo menos um cilindro de trabalho, em ciclos de trabalho sucessivos, é executado um processo termodinâmico por ciclo de trabalho através de um ângulo de manivela predeterminado, com respectivamente um processo de combustão em cada ciclo de trabalho, sendo que cada processo de combustão compreende no mínimo duas combustões individuais em um ciclo de trabalho, sendo que as combustões individuais ocorrem deslocadas no tempo uma em relação à outra em torno de um ângulo de manivela. Nesse caso, respectivamente um valor real para o conteúdo de energia e/ou um valor real para a posição é determinado separadamente respectivamente para cada combustão individual dentro de um ciclo de trabalho, sendo que os valores reais para o conteúdo de energia das combustões individuais são comparados com os respectivos valores teóricos para o conteúdo de energia da respectiva combustão individual e o valor real para a posição das respectivas combustões individuais dentro de um ciclo de trabalho é comparado com os respectivos valores teóricos para a posição da respectiva combustão individual dentro de um ciclo de trabalho, sendo que em função dos respectivos valores de diferenças entre os valores reais e os valores teóricos são modificados os parâmetros predeterminados que influenciam a respectiva combustão individual, de um modo tal que os valores de diferenças entre valores reais e os valores teóricos sejam minimizados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA COM MULTICOMBUSTÃO EM UM CICLO DE TRABALHO".

A presente invenção refere-se a um processo para a operação de um motor de combustão interna com pelo menos um cilindro de trabalho, sendo que em pelo menos um cilindro de trabalho, em ciclos de trabalho su- cessivos, é executado um processo termodinâmico por ciclo de trabalho a- través de um ângulo de manivela predeterminado, com respectivamente um processo de combustão em cada ciclo de trabalho, sendo que cada proces- so de combustão compreende no mínimo duas combustões individuais em um ciclo de trabalho, sendo que as combustões individuais ocorrem deslo- cadas no tempo uma em relação à outra em torno de um ângulo de manive- la, conforme o preâmbulo da reivindicação 1.

A observância de valores de emissão futuros, com um consumo de combustível o mínimo possível e, ao mesmo tempo um elevado conforto para o cliente, ao longo do tempo de funcionamento de um veículo, respecti- vamente de um motor de combustão interna, coloca exigências particular- mente elevadas quanto à regulagem dos motores de combustão interna. Nesse sentido, qualidades diferentes de combustível, tipos diferentes de combustível, como, por exemplo, SunFueI, biocombustíveis, nafta, bem co- mo tolerâncias e envelhecimentos no motor de combustão podem levar a maiores emissões de substâncias poluentes, bem como a piores consumos de combustível ou perda de conforto de viagem.

Pelo DE 11 2006 003 029 T5 conhece-se um sistema para o controle do equilíbrio de cilindro para um motor, no qual se controla a ali- mentação de combustível para cada um dos cilindros do motor. Com um sensor de pressão de cilindro são detectadas informações sobre a pressão do cilindro. A partir dessas informações sobre pressão do cilindro são deter- minadas informações sobre desempenho do cilindro, as quais são compara- das com valores teóricos de desempenho, para se obter um sinal de falha de desempenho. Além disso, são calculadas informações de posição de fase de combustão de cilindro, que são comparadas com valores teóricos de posição de fase, para se obter um sinal de erro da posição de fase. Com essas in- formações, são compensados os desvios entre os cilindros do motor de combustão interna, na medida em que quantidades de combustível balance- adas sejam ajustadas para a alimentação para cada cilindro de motor cor- respondente e momentos balanceados sejam ajustados para a alimentação de combustível em cada cilindro de motor correspondente. Além disso, os sinais de pressão de cilindro são empregados para determinar outras variá- veis, como, por exemplo, o início da combustão, o retardamento da ignição, local da pressão de pico ou evolução da taxa de liberação de calor com o ângulo de manivela. Os cilindros são balanceados para os mesmos pontos de ajuste, que são gerados através de um processo de calibragem conven- cional para o motor.

Pelo DE 10 2005 058 820 A1 desse gênero conhece-se um pro- cesso para a regulagem de um motor de combustão interna, sendo que indi- vidualmente por cilindro é formada no mínimo uma grandeza que caracteriza uma respectiva evolução de uma combustão em uma correspondente câma- ra de combustão, e, em função dessa no mínimo uma grandeza que caracte- riza a evolução da combustão, influencia-se a regulagem de parâmetros de injeção de combustível individualmente por cilindro. A grandeza que caracte- riza uma respectiva evolução de uma combustão em uma correspondente câmara de combustão é formada, por exemplo, com base em uma evolução da pressão da câmara de combustão, a qual é medida com sensores apro- priados individualmente por cilindro. A partir da evolução da pressão é de- terminada uma conversão de energia que é característica para uma folga de trabalho do motor de combustão interna e é apropriada para o contro- le/reguIagem do processo de combustão. Dependendo das predetermina- ções para o processo de injeção, se, por exemplo, deve ou não ocorrer uma ou mais pré-injeções, devido às diferenças de extensão e de tempo de fun- cionamento, de tolerâncias de fabricação e outras tolerâncias resultam posi- ções diferentes ao longo do trajeto do ar para o centro de gravidade da com- bustão de cilindro para cilindro. Através de uma determinação individual por cilindro do centro de gravidade da combustão e através da injeção ajustada para isso individualmente por cilindro é executada uma equiparação de um desempenho típico de cilindro ou de um ruído de combustão típico de cilin- dro por todos os cilindros, de tal modo que ocorram menos oscilações e vi- brações ligadas a ruídos e ocorra uma saída de potência uniforme acompa- nhada de menos emissões.

A invenção tem como objetivo aperfeiçoar um processo do tipo mencionado acima no sentido de que um motor de combustão interna possa ser operado com facilidade com diferentes tipos de combustível.

Esse objetivo é alcançado de acordo com a invenção através de um processo do tipo mencionado acima com as características da parte ca- racterizante da reivindicação 1. Configurações vantajosas da invenção a- cham-se descritas nas demais reivindicações.

Para isso, em um processo do tipo mencionado acima é previsto de acordo com a invenção que seja determinado respectivamente um valor real para o conteúdo de energia e/ou um valor real para a posição separa- damente respectivamente para cada combustão individual dentro de um ci- clo de trabalho, sendo que os valores reais para o conteúdo de energia das combustões individuais são comparados com respectivos valores teóricos para o conteúdo de energia de cada combustão individual e o valor real para a posição de cada combustão individual dentro de um ciclo de trabalho é comparado com respectivos valores teóricos para a posição da respectiva combustão individual dentro de um ciclo de trabalho, sendo que em função de respectivos valores de diferenças entre os valores reais e os valores teó- ricos são modificados os parâmetros predeterminados que influenciam a respectiva combustão individual, de um modo tal que valores de diferenças entre os valores reais e os valores teóricos sejam minimizados.

Isso tem a vantagem de que independentemente de diferentes qualidades de combustível, tipos de combustível, envelhecimentos, influên- cias atmosféricas ou tolerâncias, a combustão em um cilindro de trabalho em um ciclo de trabalho que compreende as eventualmente várias combustões individuais por cada compasso de trabalho, é ajustada de modo sempre i- gual, de tal modo que sejam minimizadas as influências de diferentes quali- dades de combustível, tipos de combustível, envelhecimentos, influências atmosféricas ou tolerâncias quanto a emissões de substâncias poluentes, consumo de combustível e conforto de viagem.

Devido ao fato de que respectivamente um valor real é determi- nado para um momento interno para no mínimo um cilindro de trabalho indi- vidualmente por cilindro, sendo que cada valor real para o momento interno de um cilindro de trabalho é comparado com um respectivo valor teórico pa- ra o momento interno do correspondente cilindro de trabalho, sendo que em função dos respectivos valores de diferenças entre os valores reais e os va- Iores teóricos, os parâmetros predeterminados que influenciam a respectiva combustão individual são modificados de um modo tal que os valores de di- ferenças entre os valores reais e os valores teóricos sejam minimizados, en- tão o momento desejado pelo motorista pode ser ajustado independente- mente de uma qualidade de combustível, tolerâncias no motor, influências atmosféricas ou envelhecimento.

Uma determinação particularmente simples e precisa dos valo- res reais é obtida devido ao fato de que os valores reais são determinados a partir de uma evolução de uma pressão de cilindro de pelo menos um cilin- dro de trabalho. Nesse caso, a evolução da pressão de cilindro de pelo me- nos um cilindro de trabalho é determinada convenientemente ao longo do ângulo de manivela e/ou do tempo.

Uma influência propícia da evolução da combustão é obtida de- vido ao fato de que as combustões individuais compreendem uma combus- tão principal e no mínimo uma combustão adicional. Uma evolução particularmente propícia da combustão é obtida

devido ao fato de que a no mínimo uma combustão adicional compreende no mínimo uma pré-combustão e/ou no mínimo uma pós-combustão.

Valores reais a serem ainda mais processados com facilidade são obtidos devido ao fato de que o respectivo valor real para a posição de uma combustão individual dentro de um ciclo de trabalho é determinado em relação ao tempo e/ou ao ângulo de manivela.

Uma influência particularmente simples e efetiva da combustão individual é obtida devido ao fato de que o parâmetro que influencia a res- pectiva combustão interna compreende uma quantidade de injeção de com- bustível para a respectiva combustão individual, uma duração de injeção de combustível para a respectiva combustão individual, um início da injeção de combustível para a respectiva combustão individual, um final da injeção de combustível para a respectiva combustão individual e/ou uma pressão da injeção de combustível para a respectiva combustão individual.

Uma regulagem particularmente simples é obtida devido ao fato de que são determinados os valores reais para um cilindro de trabalho e que o no mínimo um parâmetro resultante que influencia a respectiva combustão individual é assumido para todos os outros cilindros de trabalho para essa combustão individual.

Uma regulagem bastante precisa e abrangente das combustões individuais em um ciclo de trabalho é obtida devido ao fato de que os valores reais são determinados individualmente por cilindro e que os parâmetros que influenciam a respectiva combustão individual são determinados individual- mente por cilindro de um modo tal que os valores de diferenças entre os va- lores reais e os valores teóricos são minimizados individualmente por cilin- dro.

Uma simplificação do processo é obtida devido ao fato de que

no mínimo duas pré-combustões, no mínimo duas pós-combustões, no mí- nimo uma combustão principal são resumidas com no mínimo uma pré- combustão e/ou no mínimo uma combustão principal com no mínimo uma pós-combustão para formar uma combustão individual. A seguir, a invenção será explicada em detalhes.

No processo de acordo com a invenção para a operação de um motor de combustão interna, toma-se como referência as combustões indivi- duais dentro de um ciclo de trabalho. Por exemplo, no caso de um motor Otto de 4 tempos ou de um motor de combustão interna a diesel, um ciclo de trabalho em um cilindro de trabalho compreende um tempo de aspiração, um tempo de compressão, um tempo de trabalho e um tempo de mudança de carga. Esses quatro tempos de um processo termodinâmico são repetidos ciclicamente em cada cilindro de trabalho e, desse modo, o motor de com- bustão interna, respectivamente o motor, exerce trabalho mecânico. No tem- po de trabalho, o trabalho é exercido através de um processo de combustão, no qual uma mistura de combustível, ar de combustão e eventualmente gás de exaustão reconduzido é inflamada na câmara de combustão do cilindro de trabalho. Uma pressão interna de cilindro gerada de modo corresponden- te atua sobre um êmbolo que é móvel de um lado para o outro na direção axial ao cilindro de trabalho, êmbolo este que, através de uma biela, aciona giratoriamente um virabrequim. A rotação do virabrequim define um ângulo de manivela (KW). Cada ciclo de trabalho move o virabrequim em um ângulo predeterminado e o processo de combustão, respectivamente o tempo de trabalho ocorre através de um ângulo de manivela predeterminado. Usual- mente, um ciclo de trabalho completo gira o virabrequim em 720°. Todos os processos dentro de um ciclo de trabalho são relacionados, de modo corres- pondente, a um ângulo de manivela entre 0o KW e 720° KW. Isso gera uma referência temporal das ocorrências de um ciclo de trabalho em relação uma à outra.

A combustão das injeções pode ocorrer através das condições termodinâmicas do gás de trabalho ou através de introdução de energia ex- terna (ignição).

Para inicializar a combustão no tempo de trabalho, ocorre uma injeção de combustível na câmara de combustão de cada um dos cilindros de trabalho. Para se obter várias combustões individuais em um tempo de trabalho de um ciclo de trabalho ocorrem, de modo correspondente, vários processos de injeção para combustível que estão distanciados um do outro em ângulos correspondentes de manivela. O início e o fim da injeção ocor- rem respectivamente com um ângulo de manivela determinado. De modo correspondente resultam combustões individuais dentro de um ciclo de tra- balho, respectivamente dentro de um tempo de trabalho, combustões estas que estão deslocadas temporalmente uma em relação à outra em corres- pondentes ângulos de manivela ou pelo menos se sobrepõem parcialmente.

Por exemplo, dentro de um ciclo de trabalho em um cilindro de trabalho ocorrem no mínimo uma pré-injeção, no mínimo uma injeção princi- pal e no mínimo uma pós-injeção, que ocorrem separadamente uma da ou- tra em ângulos de manivela predeterminados, de tal modo que nesse cilindro de trabalho resultam, de modo correspondente, para cada ciclo de trabalho várias combustões individuais, a saber, no mínimo uma pré-combustão, no mínimo uma combustão principal e no mínimo uma pós-combustão.

De acordo com a invenção, uma regulagem da combustão ocor- re separadamente para cada uma das combustões individuais em um cilin- dro de trabalho dentro de um ciclo de trabalho. Para isso, em função de uma comparação entre valor teórico e valor real são modificados os parâmetros correspondentes, que influenciam a respectiva combustão individual, de tal modo que sejam minimizados valores respectivos de diferenças da compa- ração entre valor teórico e valor real. Nesse sentido, por exemplo, ocorre respectivamente uma comparação entre valor teórico e valor real separada- mente para a pré-combustão, para a combustão principal e para a pós- combustão dentro de um ciclo de trabalho. Em função da comparação entre valor teórico e valor real para a pré-combustão modifica-se no mínimo um parâmetro que influencia a pré-combustão, de tal modo que o valor da dife- rença nessa comparação entre valor teórico e valor real para a pré- combustão seja minimizado. O mesmo ocorre respectivamente paralelamen- te para a combustão principal e para a pós-combustão, isto é, em função da comparação entre valor teórico e valor real para a combustão principal modi- fica-se no mínimo um parâmetro que influencia a combustão principal, de tal modo que o valor da diferença nessa comparação entre valor teórico e valor real para a combustão principal seja minimizado, e em função da compara- ção entre valor teórico e valor real para a pós-combustão modifica-se no mí- nimo um parâmetro que influencia a pós-combustão, de tal modo que o valor da diferença nessa comparação entre valor teórico e valor real para a pós- combustão seja minimizado. O no mínimo um parâmetro, que influencia(am) a combustão individual, compreende, por exemplo, uma quantidade de um combustível injetado, um início de injeção de combustível, um final de inje- ção de combustível, uma duração de injeção de combustível, uma quantida- de para um ciclo de trabalho de gás de exaustão reconduzido para um cilin- dro de trabalho, pontos de ignição e/ou uma quantidade para um ciclo de trabalho de ar de combustão fornecido a um cilindro de trabalho.

Avalia-se cada combustão individual de um cilindro através da medição da pressão do cilindro. Por exemplo, no caso de um motor a diesel há até cinco combustões individuais por cilindro por tempo de trabalho, res- pectivamente por ciclo de trabalho, a saber, uma injeção principal, respecti- vamente uma combustão principal, e até três pré-injeções e pós-injeções, respectivamente pré-combustões e pós-combustões, em quase todas as combinações possíveis. Como resultado dessa avaliação, são determinados o conteúdo de energia (calor) e a posição angular de cada combustão indivi- dual e os mesmos são fornecidos a uma unidade de regulagem, a qual regu- la esses valores reais para valores teóricos aplicados anteriormente.

Essa regulagem de combustão individual de acordo com a in- venção funciona com apenas um sensor de pressão de cilindro por cada mo- tor de combustão interna, exatamente como com respectivamente um sen- sor de pressão de cilindro em cada cilindro de trabalho. No primeiro caso, as combustões individuais do cilindro são diretamente reguladas com regula- gem de combustão e as grandezas de ajuste (parâmetros de injeção) que daí resultam são assumidas para os demais cilindros de trabalho. Em um sistema com um sensor de pressão de cilindro em cada cilindro de trabalho, a regulagem das combustões individuais de cada cilindro de trabalho ocorre com base na medição da pressão de cilindro do cilindro de trabalho. Além disso, além dessas combustões individuais (pré-combustão, combustão principal e pós-combustão) dos cilindros de trabalho determina-se também o momento interno do cilindro de trabalho como sendo uma outra grandeza, com ajuda do momento indexado calculado, a partir do sinal de pressão de cilindro. Uma estratégia de regulagem é dependente da quantidade de sen- sores de pressão de cilindro por cada motor. Através da regulagem desse momento indexado, ajusta-se o momento desejado pelo motorista também independentemente da qualidade do combustível, das tolerâncias no motor, das influências atmosféricas ou envelhecimento. A forma de execução dessa regulagem de combustão individual ocorre com diferentes formas de execução. Assim, por exemplo, além da regulagem direta das combustões individuais ocorre somente uma regula- gem da combustão principal e pré-combustão, bem como do momento inter- no de um cilindro de trabalho, e a quantidade de injeção da pré-combustão dos cilindros de trabalho é adaptada apenas lentamente ao longo de uma duração maior de observação (adaptação de quantidade mínima da pré- injeção). Além disso, há outras formas de execução nas quais ocorre, por exemplo, uma regulagem separada da combustão principal e das pós- combustões reunidas (as pós-combustões individuais são consideradas co- mo uma pós-combustão). Do mesmo modo, alternativamente também as características (quantidade de calor e/ou posição da combustão) da soma de todas as pré-combustões são empregadas como critérios de regulagem, de tal modo que o pacote completo das pré-combustões é ajustado durante o funcionamento através de controle, respectivamente regulagem, de uma ou mais pré-injeções.

A regulagem de combustão individual é um componente impor- tante para se poder regular a(s) combustão(ões) teórica(s) de um cilindro independentemente das qualidades de combustível que variem futuramente no mercado (nafta, biocombustíveis etc.). Nesse sentido, as diferenças de densidade, bem como as diferenças de valor de aquecimento e as diferen- ças na característica de injeção do injetor dos diferentes combustíveis são compensadas através da regulagem do momento indexado de todas as inje- ções ou mesmo através da regulagem dos momentos individuais indexados. Além disso, um outro comportamento de combustão do combustível (número de cetano, comportamento de evaporação) pode ser compensado através, por exemplo, de uma regulagem da posição de combustão individual e/ou da regulagem de conversão de energia de combustão interna (calor). Nesse caso, são corrigidos principalmente os diferentes retardamento de ignição de combustíveis.

Opcionalmente, a partir da medição do sinal de pressão de cilin- dro pode-se tirar conclusões acerca das propriedades atuais do combustível. A partir dessa identificação do combustível podem ocorrer então, de modo complementar à regulagem de combustão, intervenções nos valores teóricos do sistema de ar (pressão de carga teórica, massa de ar, taxa de AGR etc.), quando isso parecer necessário do ponto de vista da termodinâmica.

Claims (11)

1. Processo para a operação de um motor de combustão interna com pelo menos um cilindro de trabalho, sendo que em pelo menos um ci- lindro de trabalho, em ciclos de trabalho sucessivos, é executado um pro- cesso termodinâmico através de um ângulo de manivela predeterminado por ciclo de trabalho, com respectivamente um processo de combustão em cada ciclo de trabalho, sendo que cada processo de combustão compreende no mínimo duas combustões individuais em um ciclo de trabalho, sendo que as combustões individuais ocorrem deslocadas no tempo uma em relação à outra em torno de um ângulo de manivela, caracterizado pelo fato de que respectivamente um valor real para o conteúdo de energia e/ou um valor real para a posição é determinado separadamente respectivamente para cada combustão individual dentro de um ciclo de trabalho, sendo que os valores reais para o conteúdo de energia das combustões individuais são compara- dos com os respectivos valores teóricos para o conteúdo de energia da res- pectiva combustão individual e o valor real para a posição das respectivas combustões individuais dentro de um ciclo de trabalho é comparado com os respectivos valores teóricos para a posição da respectiva combustão indivi- dual dentro de um ciclo de trabalho, sendo que em função dos respectivos valores de diferenças entre os valores reais e os valores teóricos são modifi- cados os parâmetros predeterminados que influenciam a respectiva combus- tão individual, de um modo tal que os valores de diferenças entre valores reais e os valores teóricos sejam minimizados.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que respectivamente um valor real para um momento interno para no mínimo um cilindro de trabalho é determinado individualmente por cilindro, sendo que cada valor real para o momento interno de um cilindro de trabalho é comparado com um respectivo valor teórico para o momento interno do correspondente cilindro de trabalho, sendo que em função dos respectivos valores de diferenças entre os valores reais e os valores teóricos são modifi- cados parâmetros predeterminados que influenciam a respectiva combustão individual, de um modo tal que os valores de diferenças entre os valores re- ais e os valores teóricos sejam minimizados.

3. Processo de acordo com no mínimo uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os valores reais são determinados a partir de uma evolução de uma pressão de cilindro de pelo menos um ci- Iindro de trabalho.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a evolução da pressão de cilindro de pelo menos um cilindro de trabalho é determinada através do ângulo de manivela e/ou do tempo.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que as combustões individuais compre- endem uma combustão principal e no mínimo uma combustão adicional.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a no mínimo uma combustão adicional compreende no mínimo uma pré-combustão e/ou no mínimo uma pós-combustão.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que o respectivo valor real para a posição de uma combustão individual dentro de um ciclo de trabalho é determinado em relação ao tempo e/ou ao ângulo de manivela.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que o parâmetro que influencia a respec- tiva combustão individual compreende uma quantidade de injeção de com- bustível para a respectiva combustão individual, uma duração de injeção de combustível para a respectiva combustão individual, um início da injeção de combustível para a respectiva combustão individual, um final da injeção de combustível para a respectiva combustão individual, pontos de ignição e/ou uma pressão da injeção de combustível para a respectiva combustão indivi- dual.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que os valores reais para um cilindro de trabalho são determinados e o no mínimo um parâmetro daí resultante que influencia a respectiva combustão individual é assumido para todos os ou- tros cilindros de trabalho para essa combustão individual.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os valores reais são determinados indivi- dualmente por cilindro e os parâmetros que influenciam a respectiva com- bustão individual são determinados individualmente por cilindro de um modo tal que os valores de diferenças entre os valores reais e os valores teóricos sejam minimizados individualmente por cilindro.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que no mínimo duas pré-combustões, no mínimo duas pós-combustões, no mínimo uma combustão principal com no mínimo uma pré-combustão e/ou no mínimo uma combustão principal com no mínimo uma pós-combustão são reunidas para formarem uma com- bustão individual.