BRPI1100600A2 - sistema de estimaÇço / detecÇço de taxa de recirculaÇço de gÁs de escape egr - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE ESTIMAÇçO / DETECÇçO DE TAXA DE RECIRCULAÇçO DE GÁS DE ESCAPE EGR. A presente invenção refere-se a um sistema de estimação / detecção de taxa EGR capaz de estimar e detectar a taxa EGR de uma recirculação EGR interna com base em um sinal de saída de um rotor pulsador de manivela. O sistema de estimação / detecção de taxa EGR inclui uma seção de detecção de massa de admissão de ar fresco (39) que detecta a massa de admissão de ar fresco de um motor (5) com base em um sinal de saída de um fluxímetro de ar (15), uma seção de cálculo de velocidade NeA(33) que calcula a velocidade rotacional média de motor NeA com base no pulso de manivela, uma seção de cálculo de variação <30><sym>1 (34) que calcula uma primeira quantidade de variação <30><sym>1 por meio do cálculo de uma primeira velocidade angular de manivela <sym>1 em um primeiro intervalo predeterminado <227>1 sobreposto a uma compressão de ponto morto superior TDC do motor (5) e subtraindo a primeira velocidade angular de manivela <sym>1 da velocidade rotacional média de motor velocidade NeA, e uma seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro (38) que estima um total de massa de gás em cilindro com base no valor da primeira quantidade de variação <30><sym>1. O sistema de estimação / detecção de taxa EGR (30) deriva um valor estimado de taxa EGR, ou de uma taxa de recirculação do gás de escape, com base nos valores estimados da massa de admissão de ar fresco e na massa total de gás em cilindro.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE ESTIMAÇÃO / DETECÇÃO DE TAXA DE RECIRCULAÇÃO DE GÁS DE ESCAPE EGR".

CAMPO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se a um sistema de estimação / de-

tecção de taxa de recirculação de gás de escape EGR e, mais particular- mente, a um sistema de estimação / detecção de taxa de recirculação de gás de escape EGR capaz de estimar e detectar uma taxa de recirculação de gás de escape (taxa EGR) em um motor. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A recirculação EGR (Recirculação de Gás de Escape) é uma tecínologia convencionalmente conhecida que reduz o óxido de nitrogênio no gás de escape e aumenta a milhagem do gás ao rotear uma porção de um gás de escape de um motor para o lado de entrada, misturar o gás de esca- pe com uma mistura de ar e combustível e aspirar o mesmo. A recirculação EGR é categorizada em uma "recirculação EGR externa" que prove um tubo de passagem para a recirculação de um gás de escape entre um tubo de admissão e um tubo de escape; e a "recirculação EGR interna" que faz com que o gás de escape permaneça em um cilindro ao avançar o tempo para fechar a válvula de escape. Em ambas as tecnologias de recirculação EGR, uma "taxa EGR", que representa o quanto de gás de escape fica contido na mistura de ar e combustível aspirado para dentro do cilindro, é um importan- te parâmetro de controle.

A Literatura de Patente 1 apresenta um instrumento de medição de concentração de gás provido com sensores de concentração de gás em um tubo de admissão, em um tubo de escape e no cilindro de um motor com um tubo de passagem usado para a recirculação EGR externa. O instrumen- to de medição de concentração de gás é configurado para calcular a taxa EGR de uma recirculação EGR externa e a taxa EGR de uma recirculação EGR externa com base nos valores de saída dos sensores de concentração de gás.

Lista de Citação: Literatura de Patente: JP-A N. 2009-203874

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Problema da Técnica:

A tecnologia citada na Literatura de Patente 1 requer múltiplos sensores de alto desempenho para detectar diretamente a concentração de gás, resultando em uma estrutura complicada e altos custos.

A presente invenção tem o objeto de tratar o problema da técni- ca relacionada e provê um sistema de estimação / detecção de taxa EGR capaz de estimar e detectar uma taxa EGR de recirculação EGR interna com base em um sinal de saída de um rotor pulsador de manivela.

Solução para o Problema:

A fim de chegar ao objeto, a presente invenção trata de um sis- tema de estimação / detecção de taxa EGR (30) suprido com um pulso de manivela de um gerador de pulso do tipo coleta magnética (PC) para a de- tecção da passagem de uma pluralidade de relutores (4) providos em um rotor pulsador de manivela (2) que gira em sincronia com o eixo de manivela (1) de um motor (5), e a presente invenção tem a primeira característica de que o sistema de estimação / detecção de taxa EGR (30) inclui: uma seção de detecção de massa de admissão de ar fresco (39) que detecta a massa de admissão de ar fresco do motor (5); uma seção de cálculo de velocidade NeA que calcula a velocidade rotacional média de motor (NeA) de um motor (5) com base no pulso de manivela; uma seção de cálculo Δω1 (34) que cal- cula uma primeira quantidade de variação (Δω1) ao calcular uma primeira velocidade angular de manivela (ω1) em um primeiro intervalo predetermi- nado (τ1) sobreposto a um centro morto de topo de compressão (TDC) do motor (5) e ao subtrair a primeira velocidade angular de manivela (ω1) da velocidade rotacional média de motor (NeA); e uma seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro (38) que estima um total de massa de gás em cilindro (GtotaI) com base no valor da primeira quantidade de variação (Δω1), sendo que o sistema de estimação / detecção de taxa EGR (30) deriva um valor estimado de taxa EGR1 que é uma taxa de recircu- lação do gás de escape, com base nos valores estimados da massa de ad- missão de ar fresco e na massa total de gás em cilindro.

Além disso, a presente invenção tem a segunda característica que o sistema de estimação / detecção de taxa EGR inclui ainda uma plura- lidade de mapas Δω1 - Gtotal (37) que indicam a relação entre a primeira quantidade de variação (Δω1) e a massa total de gás em cilindro (GtotaI)1 sendo que cada qual é formado para um número predeterminado de revolu- ções do motor, e que a seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro (38) seleciona um único mapa Δω1 - Gtotal (37) que cor- responde à velocidade rotacional média de motor (NeA) e usa um valor de massa Gtotal derivado da primeira quantidade de variação correspondente (Δω1) como um valor estimado da massa total de gás em cilindro.

Além disso, a presente invenção tem a terceira característica de que o motor (5) é configurado de modo a permitir que uma combustão de ignição de compressão de carga homogênea seja possível e que a taxa EGR é uma taxa EGR de recirculação EGR interna que permite que o gás de escape residual permaneça em um cilindro ao abrir e fechar o tempo de uma válvula de admissão (IV) e de uma válvula de escape (EV).

Além disso, a presente invenção tem a quarta característica de que o primeiro intervalo predeterminado (τ1) é um período a partir de um ponto de queda de um pulso de manivela posicionado imediatamente após ao ponto morto superior (TDC) de compressão para um ponto de queda (C2) de um pulso de manivela imediatamente após o centro morto de topo de compressão (TDC).

Além disso, a presente invenção tem a quinta característica de que o sistema de estimação / detecção de taxa EGR inclui ainda uma seção de cálculo Δω2 que calcula uma segunda quantidade de variação (Δω2) por meio do cálculo de uma segunda velocidade angular de manivela (ω2) em um segundo intervalo predeterminado (τ2) que se sobrepõe a um ponto mor- to inferior (BDC) de combustão do motor (5) e ao subtrair a primeira veloci- dade angular de manivela (ω1) da segunda velocidade angular de manivela (ω2), um fator de carga de motor é calculado com base em um valor da se- gunda quantidade de variação (Δω2), e um valor-alvo de tempo de válvula é calculado com base no valor estimado de taxa EGR e no fator de carga de motor.

Efeitos Vantajosos da Invenção:

De acordo com a primeira característica, o sistema de estima- ção/detecção de taxa EGR inclui uma seção de detecção de massa de ad- missão de ar fresco que detecta a massa de admissão de ar fresco do mo- tor, uma seção de cálculo de velocidade NeA que calcula a velocidade rota- cional média de motor (NeA) de um motor com base no pulso de manivela; uma seção de cálculo Δω1 que calcula uma primeira quantidade de variação por meio do cálculo de uma primeira velocidade angular de manivela em um primeiro intervalo predeterminado sobreposto a um centro morto de topo de compressão do motor (5) e por meio da subtração da primeira velocidade angular de manivela da velocidade rotacional média de motor, e uma seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro que estima uma massa total de gás em cilindro com base no valor da primeira quantida- de de variação. Tal sistema de estimação / detecção de taxa EGR1 que é configurado para direcionar um valor estimado de taxa EGR, ou uma taxa de recirculação do gás de escape, com base nos valores estimados da massa de admissão de ar fresco e na massa total de gás em cilindro, pode estimar e detectar a taxa EGR usando as saídas de um sensor de fluxo de ar ou coi- sa do gênero que detecta os sinais de pulso de manivela e a massa de ad- missão de ar fresco. Isto elimina a necessidade de um sensor de concentra- ção de gás ou coisa do gênero que detecta diretamente a taxa EGR, deste modo evitando a complexidade do motor e reduzindo os custos de produção.

De acordo com a segunda característica, o sistema de estima- ção / detecção de taxa EGR inclui ainda uma pluralidade de mapas Δω1 - Gtotal que indicam a relação entre a primeira quantidade de variação e a massa total de gás em cilindro, sendo que cada qual é formado para um número predeterminado de revoluções do motor, e a seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro seleciona um único mapa Δω1 - Gtotal que corresponde à velocidade rotacional média de motor e usa um valor de massa Gtotal derivado da primeira quantidade de variação cor- respondente como um valor estimado da massa total de gás em cilindro. Deste modo, o sistema de estimação / detecção de taxa EGR pode estimar e detectar a massa total de gás em cilindro com a primeira quantidade de vari- ação calculada a partir da emissão de pulso de manivela e do mapa deriva- do dos experimentos ou coisa do gênero, antecipadamente.

De acordo com a terceira característica, o motor é configurado de modo a permitir que uma combustão de ignição de compressão de carga homogênea seja possível, e a taxa EGR é uma taxa EGR de recirculação EGR interna que permite que o gás de escape residual permaneça em um cilindro ao abrir e fechar o tempo de uma válvula de admissão e de uma vál- vula de escape (EV). Deste modo, em um motor capaz de uma combustão de ignição de compressão de carga homogênea (HCCI) com a recirculação EGR interna, o sistema de estimação / detecção de taxa EGR pode chegar a uma taxa EGR precisa, sendo isto um parâmetro de controle necessário pa- ra o controle de combustão de ignição HCCI, e pode realizar um controle de combustão apropriado.

De acordo com a quarta característica, o primeiro intervalo pre- determinado é um período a partir de um ponto de queda de um pulso de manivela posicionado imediatamente antes de um centro morto de topo de compressão para um ponto de queda de um pulso de manivela posicionado imediatamente após o centro morto de topo de compressão, e, deste modo, o sistema de estimação / detecção de taxa EGR pode detectar de maneira precisa a velocidade angular de manivela na posição sobreposta ao centro morto de topo de compressão. De acordo com a quinta característica, o sistema de estimação /

detecção de taxa EGR inclui uma seção de cálculo Δω2 que calcula uma segunda quantidade de variação por meio do cálculo de uma segunda velo- cidade angular de manivela em um segundo intervalo predeterminado que se sobrepõe a um centro morto de fundo de combustão do motor e ao sub- trair a primeira velocidade angular de manivela da segunda velocidade angu- lar de manivela, um fator de carga de motor é calculado com base em um valor da segunda quantidade de variação, e um valor-alvo de tempo de vál- vula é calculado com base no valor estimado de taxa EGR e no fator de car- ga de motor. O sistema de estimação / detecção de taxa EGR pode calcular o fator de carga de motor e o valor-alvo do tempo de válvula com base no sinal de pulso de manivela.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama em blocos mostrando uma estrutura de um sistema de estimação / detecção de taxa EGR de acordo com uma mo- dalidade da presente invenção.

A figura 2 é um diagrama em blocos mostrando um fluxo de con- trole de motor utilizando um valor estimado de taxa EGR.

A figura 3 é um diagrama de tempo mostrando uma relação de variação de tempo entre os sinais de pulso de manivela e a velocidade angu- lar de manivela ω em um ciclo.

A figura 4 é uma vista parcialmente ampliada da figura 3. A figura 5 ilustra um exemplo de um mapa Δω1 - Gtotal.

A figura 6 é um gráfico que mostra as características de combus- tão de um motor de ignição HCCI.

A figura 7 é um gráfico que mostra um tempo variável de válvula através de um mecanismo de tempo WT. A figura 8 é um gráfico que mostra uma relação entre as taxas

de recirculação EGR e os fatores de carga de motor.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

Com referência aos desenhos, uma modalidade preferida da presente invenção será descrita em detalhe. A figura 1 é um diagrama em blocos que mostra a estrutura de um sistema de estimação / detecção de taxa EGR 30 de acordo com uma modalidade da presente invenção. A figura 2 é um diagrama em blocos que mostra o fluxo de controle de motor utilizan- do um valor estimado de taxa EGR. Além disso, a figura 3 é um diagrama de tempo mostrando uma relação de variação de tempo entre os sinais de pulso de manivela e a velocidade angular de manivela ω em um ciclo, enquanto que a figura 4 é uma vista parcialmente ampliada da figura 3. O sistema de estimação / detecção de taxa EGR 30 é construído em uma ECU 50 que controla um motor 5.

O sistema de estimação / detecção de taxa EGR 30 de acordo com a modalidade pode obter um valor estimado de taxa EGR com base em um sinal de saída de um rotor pulsador de manivela 2 que detecta a posição rotacional de um eixo de manivela 1 de um motor 5. A taxa EGR é obtida a partir de uma massa total de gás em cilindro (GtotaI) e de uma massa de admissão de ar fresco (Gf). Em termos mais específicos, a taxa EGR pode ser calculada por uma fórmula de computação, ou seja, a taxa EGR (%) = (Gtotal - Gf) Gtotal χ 100. Na presente invenção, a massa total de gás em cilindro (Gtotal) é estimada e detectada com base no sinal de saída do rotor pulsador de manivela 2, enquanto que a massa de admissão de ar fresco (Gf) é obtida com base em um sinal de saída de um motor de fluxo de ar 15 que é fixado a um tubo de admissão 11 a fim de medir a quantidade de ar de admissão.

O rotor pulsador de manivela 2 que gira em sincronia com o eixo

de manivela 1 do motor 5. O rotor pulsador de manivela 2 de acordo com a presente invenção inclui um rotor 3 que gira em sincronia com o eixo de ma- nivela 1 e um total de onze relutores 4 espaçados a cada trinta graus, com exceção de um dente que não existe na área H, sobre o rotor 3. Uma seção de detecção de pulso de manivela 31 do sistema de

estimação / detecção de taxa EGR 30 detecta a posição rotacional e a velo- cidade rotacional do eixo de manivela 1 por meio da detecção da passagem dos relutores 4 com os sinais de pulso de um gerador de pulso do tipo coleta magnética PC. A seção de detecção de pulso de manivela 31 detecta a po- sição de referência do rotor pulsador de manivela 2 ao detectar a passagem do dente faltante na área H e divide uma rotação do eixo de manivela 1 em onze estágios de manivela de #0 a #10 com base na disposição dos reluto- res 4. Depois que a identificação de tempo é feita com base nas variações da pressão de admissão gerada no tubo de admissão 11 ou em outros fato- res, uma determinação de primeira metade / segunda metade em termos de um estágio (determinação se o eixo de manivela se encontra na primeira rotação ou na segunda rotação em um ciclo) é confirmada, e, em seguida, um ciclo (720 graus) do motor é dividido em vinte e dois estágios de ciclo de #0 a #21. Observa-se que a identificação de tempo com base nas variações de pressão de admissão é feita, por exemplo, ao comparar o padrão de vari- ação das pressões de admissão detectadas e o padrão de variação das pressões de admissão obtidas pelos experimentos. O padrão de variação experimental é associado aos estágios de ciclo.

O sistema de estimação / detecção de taxa EGR 30 inclui uma seção de cálculo de velocidade NeA 33 que calcula uma velocidade rotacio- nal média de motor NeA em um intervalo de detecção predeterminado com base nos sinais de saída da seção de detecção de pulso de manivela 31 e no temporizador 32. Com base na velocidade rotacional média de motor NeA calculada pela seção de cálculo de velocidade NeA 33 e uma primeira velo- cidade angular de manivela ω1 detectada e um primeiro intervalo predeter- minado sobreposto à posição de centro morto de topo do eixo de manivela, uma seção de cálculo de variação Δω1 34 calcula uma primeira quantidade de variação Δω1 da velocidade angular de manivela. Na presente modalida- de, a primeira velocidade angular de manivela ω1 é detectada em uma inter- valo predeterminado sobreposto ao centro morto de topo de compressão (TDC).

A seguir, com referência às figuras 3 e 4, mesmo quando a velo-

cidade rotacional média de motor NeA é constante, a velocidade angular de manivela ω varia periódica e repetidamente devido às variações de pressão interna de um cilindro juntamente com um ciclo do motor, em outras pala- vras, juntamente com quatro tempos que incluem compressão, combustão / expansão, escape, e admissão. Em termos mais específicos, a velocidade angular de manivela ω diminui devido à resistência de compressão causada por uma elevação na pressão interna do cilindro no tempo de compressão. No intervalo do tempo de combustão / expansão, a elevação na pressão in- terna do cilindro devido à combustão gera uma energia rotacional de mani- vela, que aumenta a velocidade angular de manivela. A velocidade angular de manivela ω atinge o seu pico no fim do tempo de combustão / expansão, em seguida cai continuamente devido à resistência friccional gerada meca- nicamente no motor, descarregando a resistência do gás queimado no tem- po de escape, o trabalho de bomba incluindo a resistência de admissão no tempo de admissão, e entra no tempo de admissão e no tempo de compres- são para novamente repetir a variação.

De acordo com a variação da velocidade angular de manivela ω, a primeira velocidade angular de manivela ω1, que é detectada em torno do centro morto de topo de compressão, é menor que a velocidade rotacional média de motor NeA1 enquanto que a segunda velocidade angular de mani- vela cü2, que é detectada em torno do centro morto de fundo de combustão, é maior que a velocidade rotacional média de motor NeA. Por exemplo, quando a velocidade rotacional média de motor NeA é de 3000 rpm, a pri- meira velocidade angular de manivela ω1 é de 2900 rpm e a segunda velo- cidade angular de manivela ω2 é de 3100 rpm.

A velocidade angular de manivela variada ω terá um pico mais alto com o crescente torque gerado no motor e cai com os aumentos na quantidade de ar de admissão após o pico. Sendo assim, quanto mais o mo- tor produz torque e tem uma capacidade de ar de admissão, maior será a variação da velocidade angular de manivela ω. Além disso, quanto menor a faixa de rotação na qual a força inercial do eixo de manivela, tanto maior se- rá a variação. Quanto menor o número dos cilindros no motor, e quanto mai- ores os intervalos de tempo entre as explosões, maior será a variação. Em outras palavras, como um motor de cilindro único de uma motocicleta, o mo- tor tendo um momento relativamente pequeno de inércia de eixo de manive- la tende a induzir uma grande variação na velocidade angular de manivela ω.

A seção de cálculo de variação Δω1 34 calcula a primeira quan- tidade de variação Δω1 (quantidade de variação de acordo com a velocidade rotacional média de motor NeA) da primeira velocidade angular de manivela ω1 em torno do centro morto de topo de compressão com a expressão Δω1 = NeA - ω1. As figuras 3 e 4 também mostram uma segunda quantidade de variação Δω2 (quantidade de variação de acordo com a velocidade angular de manivela ω1) da segunda velocidade angular de manivela ω2 em torno do centro morto de fundo de combustão. A segunda quantidade de variação Δω2 é obtida pela expressão Δω2 = ω2 - ω1.

As etapas de cálculo para a variação Δω1 na seção de cálculo de variação Δω1 34 serão descritas. A velocidade angular de manivela ω atinge o seu mínimo quando o eixo de manivela 1 é posicionado no centro morto de topo de compressão (TDC), ou seja, quando o ângulo de manivela se encontra em zero grau. Deste modo, a desaceleração do eixo de manive- la 1 que ocorre durante um tempo de compressão é representada por uma primeira quantidade de variação Δω1 (a velocidade rotacional média de mo- tor NeA versus a primeira velocidade angular de manivela ω1 da velocidade angular de manivela.

Além disso, a velocidade angular de manivela ω atinge o seu máximo quando o eixo de manivela 1 é posicionado no centro morto de fun- do de combustão, ou seja, quando o ângulo de manivela é de 180 graus. Deste modo, a aceleração do eixo de manivela 1 que ocorre durante um tempo de combustão / expansão é representada por uma segunda quantida- de de variação Δω2 (a segunda velocidade angular de manivela ω2 versus a primeira velocidade angular de manivela ω1) da velocidade angular de ma- nivela a partir do centro morto de topo de compressão para o centro morto de fundo de combustão.

Com referência à figura 4, na modalidade, a primeira velocidade angular de manivela ω1 é calculada com o tempo de trânsito x1 em um in- tervalo de 30 graus (um primeiro intervalo predeterminado) definido a partir do ponto de queda C1 de um pulso de manivela P1 posicionado imediata- mente anterior ao centro morto de topo de compressão para o ponto de que- da C2 de um pulso de manivela P2 posicionado imediatamente anterior ao centro morto de topo de compressão. A segunda velocidade angular de ma- nivela ω2 é calculada com o tempo de trânsito x2 em um intervalo de 30 graus (um segundo intervalo predeterminado) a partir do ponto de queda C3 de um pulso de manivela P3 posição imediatamente anterior ao centro morto de fundo de combustão (BDC) para o ponto de queda C4 de um pulso de manivela P4 posicionado imediatamente anterior ao centro morto de fundo de combustão.

A primeira quantidade de variação Δω1 é obtida pela subtração da velocidade angular de manivela ω1 da velocidade rotacional média de motor NeA, enquanto a segunda quantidade de variação Δω2 é obtida pela subtração da primeira velocidade angular de manivela ω1 da segunda velo- cidade angular de manivela ω2.

A primeira quantidade de variação Δω1 é obtida pela subtração da velocidade angular de manivela ω1 da velocidade rotacional média de motor NeA. Em seguida, a relação entre a primeira quantidade de variação Δω1 e a massa total de gás em cilindro Gtotal será descrita.

A variação de torque ΔΝ de um motor de combustão interna (motor) é uma diferença entre um torque líquido do motor de combustão in- terna e um torque de resistência em execução. Considerando Ncyiinder.work como o torque de saída do motor de combustão interna provocado pela pressão interna do cilindro, NfriCtion como o torque de resistência friccional do motor de combustão interna, e N|0ad como o torque de resistência em execu- ção, a relação entre a variação de torque ΔΝ e o momento equivalente de inércia I do eixo de manivela 1 pode ser expressa pela seguinte equação de movimento.

ΔΝ = (Ncyünder.work - Nfriction) - Nkjad = I · (dü) / dt) ...(1)

Considerando PcyNnder como a pressão no cilindro, B como o diâ- metro interno do cilindro, R como a constante de gás, T como a temperatura absoluta de gás, V como a capacidade interno do cilindro, e r como o raio efetivo usado para calcular o torque, Ncyünder.work = Pcylinder (π / 4) B2 · Γ ... (2) e

Pcylinder=GtOtaI -R-T/V...(3)

são obtidos. Ao substituir as expressões (2) e (3) na expressão (1) acima, cujo torque de resistência friccional NfriCtion e torque de resistência em execu- ção Nioad são ignorados, resulta em

dco / dt = (1 /1) · (Gtotal · R · T / V) * (π / 4) B2 · r ... (4) A propósito, a velocidade angular de manivela ω é desacelerada antes do centro morto de topo de compressão conforme mostrado nas figu- ras 3 e 4. A inclinação de desaceleração (dco / dt) antes do centro morto de topo de compressão pode ser aproximada entre dois pontos antes do centro morto de topo de compressão. Considerando Δτ como o tempo entre os dois pontos e Δω como a velocidade angular média de manivela, ou a quantidade de variação de velocidade angular (primeira quantidade de variação) a partir da velocidade rotacional Ne do motor de combustão interna, a inclinação de desaceleração será expressa como Du) / dt = Δω / Δτ ... (5) Deste modo, a quantidade de variação de velocidade angular

Δω antes do centro morto de topo de compressão é obtida por (Δω = NE - cotdc) com base na velocidade angular média ootdc obtida pelos pulsos emi- tidos pelo gerador de pulso do tipo coleta magnética PC usado para detectar os relutores 4, e a Expressão (4) acima mencionada é reescrita como Δω / AX = Gtotal · Τ* (1 /1) · (R / V) · (π / 4) B2 · r ... (6)

Considerando que {(1 / I) *(R / V) · (π / 4) B2 · r} é constante e que At é constante quando a velocidade rotacional NE do motor de combus- tão interna é igual, AuíooGtotal * T é obtido. Quando a temperatura de admis- são T é constante, Au)°oGtotal é obtido. Deste modo, a massa total de gás em cilindro Gtotal pode ser facilmente presumida com a quantidade de vari- ação de velocidade angular Δω obtida com base nos pulsos emitidos pelo gerador de pulso do tipo coleta magnética PC que detecta os relutores 4. Sendo assim, a estimativa da massa total de gás em cilindro Gtotal pode ser feita com base em Δω1. Voltando à figura 1, uma coleção de mapas Δω1 - Gtotal 36 or-

ganizada de acordo com a velocidade rotacional do motor inclui uma plurali- dade de mapas Δω1 - Gtotal 37 correspondentes a velocidades rotacionais predeterminadas do motor (por exemplo, dez mapas para cada 1000 rpm em uma faixa de 1000 a 10000 rpm). Os mapas Δω1 - Gtotal 37 são feitos com base nos dados obtidos nos experimentos acima realizados e representam a relação entre a primeira quantidade de variação Δω1 e a massa total de gás em cilindro (Gtotal). Conforme mostrado na figura 5, os mapas Δω1 - Gtotal que re- presentam a relação entre a primeira quantidade de variação Δω1 e a massa total de gás em cilindro (GtotaI) são previamente determinados ao se usar, por exemplo, um motor experimental com um sensor de concentração de gás fixado no cilindro. Entre a primeira quantidade de variação Δω1 e a massa total de gás em cilindro, uma relação de proporcionalidade é princi- palmente estabelecida.

Uma seção de verificação de mapa 35 seleciona um único mapa Δω1 - Gtotal que corresponde a uma velocidade rotacional de um motor a partir da coleção de mapas Δω1 - Gtotal 36 organizados de acordo com as velocidades rotacionais de um motor com base no valor da velocidade rota- cional média de motor NeA calculada na seção de cálculo de velocidade NeA 33. Neste caso, uma seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro 38 deriva do valor de massa Gtotal mostrado no ma- pa Δω1 - Gtotal 37 como um valor estimado da massa total de gás em cilin- dro.

Por outro lado, uma seção de detecção de massa de admissão de ar fresco 39 detecta uma massa de ar fresco a ser aspirado, ou uma massa de admissão de ar fresco (Gf), com base na quantidade de ar de ad- missão detectado pelo sensor de fluxo de ar 15. Em seguida, uma seção de cálculo de valor estimado de taxa EGR 41 calcula um valor estimado de taxa EGR por uma fórmula de computação de taxa EGR (%) = (Gtotal - Gf) -ξ- Gto- tal χ 100.

Com referência ao diagrama em blocos da figura 2, com a taxa estimada e detectada de recirculação EGR1 um fluxo para direcionar de ma- neira controlável um mecanismo de tempo variável de válvula (WT: Tempo Variável de Válvula) do motor 5 será descrito. Uma cabeça de cilindro 8, que inclui o mecanismo de tempo WT capaz de opcionalmente alterar o tempo de válvula das válvulas de admissão e de escape, é fixada na parte superior de um cilindro 10 de um motor de cilindro único de quatro ciclos 5. O meca- nismo de tempo WT aciona um motor de controle em resposta aos coman- dos de acionamento da ECU 50, deste modo alterando o tempo de válvula da válvula de admissão IV e da válvula de escape EV. Com as alterações no tempo de válvula, a elevação da válvula varia. As mudanças no tempo de válvula feitas pelo mecanismo de tempo WT são transferidas para a ECU 50 por um sensor 19 que detecta os ângulos rotacionais e outros do motor de controle.

Um tubo de admissão 11 tem uma caixa de filtro de ar 16, que é usada para a fíltração do ar fresco, em uma das extremidades. A caixa de filtro de ar 16 inclui um sensor de temperatura de ar de admissão 17 e um sensor de pressão atmosférica 18. O tubulação o de admissão 11 é também fixado a um sensor de fluxo de ar 15 para medir a quantidade de ar de ad- missão, um sensor de abertura de válvula de regulagem 14 para detectar o ângulo rotacional de uma válvula de regulagem 13, e um sensor de pressão de ar de admissão 20 para detectar a pressão do ar de admissão. Um dispo- sitivo de ignição 9 é provido sobre a parte superior de uma câmara de com- bustão, enquanto uma válvula de injeção de combustível 12 é disposta sobre o tubo de admissão 11 e posicionada sobre o lado a jusante com relação à válvula de regulagem 13. Além disso, um sensor de concentração de oxigê- nio 7 é fixado em um tubo de escape 6.

O sensor de fluxo de ar 15 pode ser um tipo de fio quente que usa as variações de resistência elétrica geradas quando o calor é arrastado a partir de um fio de platina aquecido ou um elemento de sensor de vórtice de Kármán que mede ultrassonicamente o número de vórtices de Kármán gerados em um caminho de fluxo.

A ECU 50 realiza várias computações aritméticas usando os si- nais de saída dos diversos sensores a fim de acionar de maneira controlável a válvula de injeção de combustível 12, o dispositivo de ignição 9 e o meca- nismo de tempo WT. O valor estimado de taxa EGR acima mencionado é principalmente usado para controlar o mecanismo de tempo WT. Na pre- sente modalidade, uma seção de derivação de valor-alvo de tempo de válvu- Ia 51 primeiramente deriva um valor-alvo do tempo de válvula com um valor estimado de taxa EGR e um fator de carga de motor. Em seguida, uma se- ção de derivação de posição-alvo de mecanismo de tempo WT 52 deriva a quantidade de transmissão usada para acionar o motor de controle do me- canismo de tempo WT de modo a atingir o valor desejado do tempo de vál- vula. Uma seção de controle de mecanismo de tempo WT 53 é configurada para emitir sinais de acionamento para o motor de controle com base na quantidade de transmissão para o motor. Observa-se que o fator de carga de motor pode ser calculado com base na magnitude da variação Δω2 acima mencionada (vide figura 4) ou coisa similar.

Sabe-se que, quando a velocidade rotacional de um motor é constante, o tempo de ignição é ajustado ao avanço MBT (Avanço Mínimo para Melhor Torque), e a razão ar - combustível (A/F) no gás de combustão é constante, uma relação de proporcionalidade se estabelece entre uma pressão IMEP (Pressão Média Efetiva Indicada) e r\c (eficiência de carga). Com base neste aspecto, a pressão IMEP pode ser obtida com uma razão ar - combustível detectada pelo sensor de concentração de oxigênio 7 e pela segunda quantidade de variação Δω2 acima mencionada. Observa-se que o avanço MBT em termos de tempo de ignição é o tempo de ignição no qual um torque máximo é gerado de acordo com as condições da abertura de regulagem estacionária e da velocidade rotacional constante de um motor, e é um valor (por exemplo, 0 grau a 3000 rpm) derivado de experimentos ou coisa do gênero anteriores. Além disso, a eficiência de carga (Eficiência de Carga) qc representa a eficiência relativa a uma massa de ar fresco de ad- missão que pode ser aspirado para a câmara de combustão no tempo de admissão a uma pressão atmosférica predeterminada e a uma temperatura predeterminada. Além disso, a pressão IMEP (Pressão Média Efetiva Indica- da) representa um valor obtido ao dividir uma carga de trabalho criada no cilindro mediante a queima de combustível em um volume de deslocamento (por exemplo, 500 kPa) e é um dos índices que representam o desempenho do motor de acordo com as taxas de geração de trabalho independentemen- te do deslocamento do motor. Será feita a seguir uma descrição da relação entre a segunda

quantidade de variação Δω2 e a pressão IMEP acima mencionada e alguns outros valores. Conforme acima descrito, a velocidade angular ω de um eixo de manivela varia dependendo da flutuação do torque do eixo de manivela e pulsações em torno da velocidade rotacional média de motor NeA. Um au- mento de energia rotacional ΔΕ (uma quantidade de energia rotacional au- mentada a partir do centro morto de topo de compressão para o centro mor- to de fundo de combustão) durante um tempo de combustão / expansão (vi- de figuras 3 e 4) é obtido por ω no centro morto de topo de compressão e no fim do tempo de combustão / expansão, ou ω1 e ω2 na seguinte expressão, quando o momento de inércia do sistema de eixo de manivela é I.

ΔΕ = 1/2 χ I χ (ω2 Λ 2 - ω1 Λ 2) ... (7) Este aumento ΔΕ é o trabalho derivado a partir da combustão do

motor e é obtido pela seguinte expressão.

ΔΕ = IMIP χ deslocamento Vs ... (8)

A expressão (7) acima mencionada tem 1/2 χ (ω2 Λ 2 - ω1 Λ 2) no lado direito, e a parte pode ser transformada para a seguinte expressão. 1/2 χ ω2 Λ 2 - ω1 Λ 2) = (ω2 - ω1) χ 1/2 χ (ω2 + ω1)... (9)

Tendo em vista as expressões acima, a quantidade de acelera- ção Δω2 da velocidade angular de manivela durante o intervalo de tempo de combustão / expansão é definida como a seguinte expressão.

Δω2 = ω2-ω1 ...(10) A expressão (9) acima mencionada tem 1/2 χ (ω2 + ω1) sobre o

lado direito, e a parte é a média ω de ciclos e, portanto, atende à velocidade rotacional média de motor NeA.

1/2 χ (ω2+ to1) = NeA ...(11)

A partir das expressões (7) a (11) acima mencionadas, a varia- ção Δω2 é obtida pela seguinte expressão.

Δω2 = (IMEP χ Vs) / (I χ NeA)... (12)

Em termos específicos, a variação Δω2 é proporcional à pressão IMEP (Pressão Média Efetiva Indicada) e ao deslocamento Vs, embora seja inversamente proporcional à velocidade rotacional média de motor NeA e ao momento de inércia I do sistema de eixo de manivela. Uma vez que a pres- são IMEP é proporcional ao fator de carga de motor, o fator de carga de mo- tor pode ser calculado com base no valor da variação Δω2. A figura 6 é um gráfico que mostra as características de combus- tão de um motor de ignição HCCI que permite uma ignição de compressão de carga homogênea (HCCI: Ignição de Compressão de Carga Homogê- nea). A ignição HCCI é um método de combustão no qual a gasolina é com- primida e aquecida de modo a produzir uma auto-ignição como os motores a diesel. A combustão de ignição HCCI na presente modalidade é feita medi- ante o uso de uma recirculação EGR interna. Em termos mais específicos, os motores a gasolina têm uma razão de baixa compressão e, portanto, têm dificuldade de se queimarem por si sós. No entanto, o fechamento de uma válvula de escape EV mais cedo que o usual faz com que o gás de escape permaneça nos cilindros, e o motor a gasolina poderá queimar por si mesmo através da energia calorífica do gás de escape residual.

O gráfico mostra a relação entre o torque do motor e a velocida- de rotacional de um motor. A área onde a combustão de ignição HCCI fica disponível é limitada a uma área relativamente estreita na qual o torque do motor e a velocidade rotacional de um motor são baixos (a área diagonal sombreada no desenho) em comparação com uma área onde uma combus- tão de ignição Sl (Ignição por Faísca) geral encontra-se disponível. Isto re- quer uma detecção precisa da taxa EGR a fim de realizar uma combustão de ignição HCCI confiável. Observa-se que a linha indicada por "em WOT" re- presenta as características de motor quando a regulagem é bem aberta (Re- gulagem Bem Aberta), em outras palavras, as características do motor em carga total.

A figura 7 é um gráfico que mostra um tempo variável de válvula através de um mecanismo de tempo WT. Na combustão de ignição Sl em geral, o motor é operado em um tempo de válvula de modo que o tempo de fechamento da válvula de escape EV e o tempo de abertura da válvula de admissão IV fiquem próximos. Na combustão de ignição Sl indicada pela linha tracejada A, tanto a válvula de escape EV como a válvula de admissão IV caem ao estado aberto no centro TDC (centro morto de fundo de escape com topo em sobreposição).

Por outro lado, na combustão de ignição HCCI indicada pelas Ii- nhas cheias B e C1 a aplicação de um "método de sobreposição negativa" para o avanço do tempo de fechamento da válvula de escape ou retardo do tempo de abertura da válvula de admissão IV através do mecanismo de tempo WT realiza uma grande quantidade de gás de escape residual res- tante no cilindro, deste modo acionando a auto-ignição da mistura de ar - combustível.

A figura 8 é um gráfico que mostra uma relação entre a taxa EGR e o fator de carga de motor. Conforme mostrado, a combustão de igni- ção HCCl1 que é exeqüível apenas na área de fator de carga de motor relati- vamente baixa, requer uma taxa EGR maior à medida que o fator de carga de motor diminui. Por outro lado, na área de combustão de ignição SI, quan- to maior o fator de carga de motor, tanto menor será a taxa EGR exigida. As letras A, B, e C mostradas correspondem ao tempo de válvula A, B. e C, respectivamente, na figura 7. A ECU 50 controla o mecanismo de tempo WT de modo a obter uma taxa EGR adequada para os fatores de carga de motor.

Conforme descrito acima, o sistema de estimação / detecção de taxa EGR de acordo com a presente invenção pode estimar e detectar uma taxa EGR com base na velocidade angular de manivela detectada a partir de um sinal pulsador de manivela. Isto permite um controle apropriado de um mecanismo de tempo WT1 do dispositivo de ignição, do dispositivo de inje- ção de combustível e de outros aparelhos sem o uso de um sensor de con- centração de gás ou outros instrumentos para detectar diretamente uma taxa EGR.

A estrutura e a forma do rotor pulsador de manivela e do gerador de pulso, a forma e o número dos mapas Δω1 - Gtotal, a configuração na ECU e assim por diante não se limitam à modalidade acima mencionada e podem ser modificadas de várias maneiras. Por exemplo, as variações Δω1 e Δω2 são calculadas nos períodos que incluem o centro morto de topo de compressão e o centro morto de fundo de combustão, respectivamente, na modalidade acima descrita. No entanto, as posições de cálculo das varia- ções Δω1 e Δω2 podem ser deslocadas em um ângulo predeterminado na direção de avanço ou na direção de retardo de acordo com o deslocamento, a forma ou coisa do gênero do motor. Além disso, a duração dos períodos para o cálculo das velocidades ω1 e co2 pode ser alterada opcionalmente de acordo com a forma ou outros fatores dos relutores do rotor pulsador de ma- nivela. Além disso, os relutores do rotor pulsador de manivela podem ser formados de modo a passarem pelo centro morto de topo de compressão, e as variações Δω1 e Δω2 podem ser calculadas com base no tempo de trân- sito de cada um dos relutores.

Além disso, o sistema de estimação / detecção de taxa EGR po- de ser provido com uma seção de cálculo de variação Δω1 / Δω2 que calcu- la uma primeira quantidade de variação (Δω1) a partir da diferença entre a velocidade angular do motor no início de um tempo de compressão e a velo- cidade angular na proximidade do centro morto de topo de compressão e calcula uma segunda quantidade de variação (Δω2) por meio do cálculo da segunda velocidade angular (ω2) em um segundo intervalo predeterminado (t2) que se sobrepõe ao centro morto de fundo de combustão (BDC) do mo- tor e, em seguida, subtraindo a primeira velocidade angular de manivela (ω1) da segunda velocidade angular de manivela (ω2).

O sistema de estimação / detecção de taxa EGR de acordo com a presente invenção pode ser usado em conjunto com um aparelho de de- tecção de carga que estima e detecta a carga sobre um motor com base na variação da velocidade angular de manivela. Além disso, o sistema de esti- mação / detecção de taxa EGR é aplicável não somente aos motores de mo- tocicleta, mas também a várias formas de motores. LISTAGEM DE REFERÊNCIA

1 - Eixo de manivela

2 - Rotor pulsador de manivela 4 - Relutor

- Sensor de fluxo de ar 30 - Sistema de estimação / detecção de taxa EGR

31 - Seção de detecção de pulso de manivela

32 - Temporizador 33 - Seção de cálculo de velocidade NeA

34 - Seção de cálculo de variação Δω1

- Seção de verificação de mapa

36 - Coleção de mapas Δω1 - Gtotal organizados de acordo com a velocida- de rotacional do motor

37 - Mapa Δω1 - Gtotal

38 - Seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro

39 - Seção de detecção de massa de admissão de ar fresco 41 - Seção de cálculo de valor estimado de taxa EGR

PC- Gerador de pulso do tipo coleta magnética

Claims (5)

1. Sistema de estimação / detecção de taxa EGR (30) suprido com um pulso de manivela de um gerador de pulso do tipo coleta magnética (PC) para a detecção da passagem de uma pluralidade de relutores (4) pro- porcionados em um rotor pulsador de manivela (2) que gira em sincronia com o eixo de manivela (1) de um motor (5), o sistema de estimação / detec- ção de taxa EGR (30) caracterizado pelo fato de que compreende: uma seção de detecção de massa de admissão de ar fresco (39) que detecta a massa de admissão de ar fresco do motor (5); uma seção de cálculo de velocidade NeA (33) que calcula a ve- locidade rotacional média de motor (NeA) de um motor (5) com base no pul- so de manivela; uma seção de cálculo de variação Δω1 (34) que calcula uma primeira quantidade de variação (Δω1) por meio do cálculo de uma primeira velocidade angular de manivela (ω1) em um primeiro intervalo predetermi- nado (τ1) sobreposto a uma compressão de ponto morto superior (TDC) do motor (5) e subtraindo a primeira velocidade angular de manivela (ω1) da velocidade rotacional média de motor (NeA); e uma seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro (38) que estima um total de massa de gás em cilindro (Gto- tal) com base no valor da primeira quantidade de variação (Δω1), em que o sistema de estimação / detecção de taxa EGR (30) de- riva um valor estimado de taxa EGR1 que é uma taxa de recirculação do gás de escape, com base nos valores estimados da massa de admissão de ar fresco e na massa total de gás em cilindro.

2. Sistema de estimação / detecção de taxa EGR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma pluralidade de mapas Δω1 - Gtotal (37) que indicam a rela- ção entre a primeira quantidade de variação (Δω1) e a massa total de gás em cilindro (Gtotal), sendo que cada qual é formado para um número prede- terminado de revoluções do motor, em que a seção de derivação de valor estimado de massa total de gás em cilindro (38) seleciona um único mapa Δω1 - Gtotal (37) que cor- responde à velocidade rotacional média de motor (NeA) e usa um valor de massa Gtotal derivado da primeira quantidade de variação correspondente (Δω1) como um valor estimado da massa total de gás em cilindro.

3. Sistema de estimação / detecção de taxa EGR, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que: o motor (5) é configurado de modo a permitir que uma combus- tão de ignição de compressão de carga homogênea seja possível; e a taxa EGR é uma taxa EGR de recirculação EGR interna que permite que o gás de escape residual permaneça em um cilindro ao abrir e fechar o tempo de uma válvula de admissão (IV) e de uma válvula de escape (EV).

4. Sistema de estimação / detecção de taxa EGR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro intervalo predeterminado (τ1) é um período a partir de um ponto de queda de um pulso de manivela posicionado imediatamente antes da compressão de ponto morto superior (TDC) para um ponto de queda (C2) de um pulso de manivela imediatamente após a compressão de ponto morto superior (TDC).

5. Sistema de estimação / detecção de taxa EGR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma seção de cálculo de variação Δω2 que calcula uma segun- da quantidade de variação (Δω2) por meio do cálculo de uma segunda velo- cidade angular de manivela (u>2) em um segundo intervalo predeterminado (τ2) que se sobrepõe a uma combustão de ponto morto inferior (BDC) do motor (5) e subtraindo a primeira velocidade angular de manivela (ω1) da segunda velocidade angular de manivela (ω2); em que um fator de carga de motor é calculado com base em um valor da segunda quantidade de variação (Δω2); e um valor alvo de tempo de válvula é calculado com base no va- lor estimado de taxa EGR e no fator de carga de motor.