BRPI1103120A2

BRPI1103120A2 - método para determinar a velocidade de rotação de um compressor em um motor a combustão interna

Info

Publication number: BRPI1103120A2
Application number: BRPI1103120-4A
Authority: BR
Inventors: Gabriele Serra; Matteo De Cesare; Federico Stola
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-18
Also published as: CN102353801A; CN102353801B; IT1400363B1; EP2392804B1; US20120010848A1; ITBO20100342A1; EP2392804A1; US8676534B2; BRPI1103120B1

Abstract

MéTODO PARA DETERMINAR A VELOCIDADE DE ROTAçãO DE UM COMPRESSOR EM UM MOTOR à COMBUSTãO INTERNA. é descrito um método para determinar a velocidade de rotação de ao menos um compressor (14) em um motor a combustão interna (1); o método inclui detectar, por meio de um microfone (25), a intensidade de um sinal sonoro gerado pela rotação do compressor (14) e determinar a evolução do conteúdo da freqúência do sinal sonoro em função do tempo; determinar, de forma completamente independente do sinal sonoro, uma primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14), por meio da qual pode ser determinado um intervalo de frequências plausíveis para a velocidade de rotação do compressor (14); determinar uma segunda estimativa da velocidade de rotação do compressor (14), de acordo com o conteúdo da frequência do sinal sonoro dentro do intervalo de freqüências plausíveis e validar a segunda estimativa para a velocidade de rotação do compressor (14) por meio da primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14).

Description

Método para determinar a velocidade de rotação de um compressor em um motor à

combustão interna.

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a um método para determinar a velocidade de rotação de ao menos um compressor em um motor de combustão interna.

ESTADO DA ARTE

Um motor de combustão interna superalimentado é dotado de um turbocompressor ou turbocharger (seja um turbocompressor operado pelos gases de exaustão ou um turbocompressor volumétrico operado pelo eixo motriz) o qual, em alguns momentos, comprime o ar aspirado a fim de aumentar a eficiência volumétrica. Devida a ação do turbocompressor em um motor de combustão interna superalimentado, pode ocorrer no plenum do coletor de admissão um ligeiro vácuo determinado pela ação de sucção gerada pelos cilindros (turbocompressor não operando) ou de uma sobrepressão determinada pela ação de compressão do turbocompressor (turbocompressor operando). Assim, em um motor de combustão interna superalimentado, é fundamental ser capaz de controlar com precisão a velocidade de rotação de um compressor do turbocompressor, a qual determina a sobrepressão do plenum do coletor de admissão. A solução mais conhecida e utilizada para determinar a velocidade de rotação do compressor inclui a disposição de um sensor de posição o qual lê a posição angular absoluta sobre um eixo de rotação do compressor e determina a velocidade de rotação angular do compressor em si. O sensor de posição é normalmente fixado em uma parede de um difusor do compressor em uma posição frontal e próxima das pás.

Contudo, esta solução apresenta a desvantagem de não garantir uma performance satisfatória em termos de confiabilidade e também requer operações de usinagem no compressor, o que pode incrementar os custos e o tempo de produção.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

É o objetivo da presente invenção fornecer um método para determinar a velocidade de rotação de um compressor em um motor de combustão interna, qual o método de determinação é livre dos inconvenientes do estado da arte, e em particular, é fácil e de baixo custo para ser implementado.

De acordo com a presente invenção, é fornecido um método para determinar a velocidade de rotação de um compressor em um motor de combustão interna, como reivindicado nas reivindicações anexas. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos que a acompanham, os quais ilustram uma forma de realização não Iimitativa da mesma, nos quais:

- A figura 1 é uma vista, em forma de diagrama, de um motor de combustão interna superalimentado dotado de uma unidade de controle a qual implementa o método

para determinar a velocidade de rotação do objeto compressor da presente invenção;

- A figura 2 é uma vista em forma de diagrama de um turbocompressor do motor de combustão interna na figura 1;

- A figura 3 ilustra a característica de operação do compressor na figura 2;

- A figura 4 é um gráfico o qual ilustra a TRF da intensidade do sinal sonoro gerado pela rotação do compressor na figura 2.

FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS DA INVENÇÃO

Na figura 1, o numero 1 indica como um todo, um motor de combustão interna superalimentado por um sistema compressor 2 dotado com um turbocompressor.

.15 O motor de combustão interna 1 compreende quatro

cilindros 3, cada um dos quais é conectado a um coletor de admissão 4 por meio de ao menos uma respectiva válvula de admissão (não ilustrada), e a um coletor de exaustão 5 por meio de ao menos uma respectiva válvula de exaustão (não ilustrada). O coletor de admissão 4 recebe ar fresco (ou seja, ar do ambiente externo) através de um duto de admissão 6, o qual é fornecido com um filtro de ar 7 e é regulado por uma válvula borboleta 8. Ao longo do duto de admissão 6 é disposto um refrigerador intermediário (intercooler) 9 para resfriar o ar aspirado. Um duto de exaustão 10, o qual alimenta os gases de exaustão produzidos pela combustão de um sistema de exaustão, é conectado ao coletor de exaustão 5; o duto de exaustão emite os gases produzidos pela combustão para a atmosfera e normalmente compreende ao menos um conversor catalítico 11 e ao menos um silenciador (não ilustrado) dispostos a jusante do conversor catalítico 11.

O sistema compressor 2 do motor de combustão interna 1 compreende um turbocompressor 12 dotado com uma turbina 13, a qual é disposta ao longo do duto de exaustão 10 a fim de girar em alta velocidade sob a ação dos gases de exaustão ejetados a partir dos cilindros 3, e um compressor 14, o qual é disposto ao longo do duto de admissão 6 e é mecanicamente conectado na turbina 13, a fim de ser de forma rotativa alimentado pela turbina 13 em si, de modo a aumentar a pressão do ar alimentado no duto de admissão 6.

Ao longo do duto de exaustão 10 é fornecido um duto de derivação 15, o qual é conectado em paralelo com a turbina 13 de tal forma a ter as suas extremidades conectadas a montante e a jusante da turbina 13 em si; ao longo do duto de derivação 15, é disposta uma válvula borboleta 16, a qual é adaptada para regular a taxa do fluxo dos gases de exaustão que fluem através do duto de derivação 15 e é acionada pelo atuador 17. Ao longo do duto de admissão 6, é fornecido um duto de derivação 18, o qual é conectado em paralelo com o compressor 14 de tal forma a ter as suas extremidades conectadas a montante e a jusante do compressor 14 em si; ao longo do duto de derivação 18 é disposta uma válvula Poff 19 [válvula tipo pressure off], a qual é adaptada para regular a taxa do fluxo de ar que flui através do duto de derivação 18 e é acionada por um atuador 20.

O motor de combustão interna 1 é controlado por uma unidade de controle eletrônico 21, a qual gerencia a operação de todos os componentes do motor de combustão interna 1. O motor de combustão interna 1 compreende ainda um

circuito canister 22, o qual tem a função de recuperar os vapores de combustível que são desenvolvidos em um tanque de combustível 23 e de introduzir esses vapores de combustível nos cilindros 3, a fim de serem queimados; assim, os vapores de combustível, os quais são desenvolvidos no tanque de combustível 23 são impedidos de serem liberados a partir do tanque de combustível 23 (em particular quando a tampa do depósito de combustível estiver aberta para o reabastecimento) e serem livremente dispersos na atmosfera.

Como ilustrado na figura 1, é fornecido um sistema de controle 24, o qual, em adição à unidade de controle 21, compreende ao menos um sensor de nível de pressão acústica 25, ou seja, um microfone 25, o qual é conectado na unidade de controle 21 e é adaptado para detectar a intensidade S do sinal sonoro o qual detecta o movimento do compressor 14 .

Como ilustrado em maior detalhe na figura 2, o compressor 14 compreende um disco de pás 26 girando em torno do eixo X e um difusor fixo 27. O microfone 25 é disposto de modo a detectar a intensidade S do sinal sonoro emitido pela rotação das pás 28 e em uma posição protegida para não ser excessivamente afetado pelo ruído produzido pela buzina, pelo surgimento de fenômenos de detonação, etc.

As pás 28 são divididas em um grupo de cinco pás 28A de maior comprimento (chamadas pás completas) e um grupo de cinco pás 28B de menor comprimento (chamadas pás divididas), alternando em torno do eixo X.

O microfone 25 usado para adquirir a intensidade S do sinal sonoro é do tipo omnidirecional e tem uma freqüência de amostragem relativamente alta, com um valor na ordem de grandeza de 100 kHz.

A figura 4 ilustra um gráfico, a título de exemplo, o qual ilustra a variação da intensidade S do sinal sonoro o qual detecta a gama sonora do compressor 14 como uma função do tempo expressa em segundos.

O sinal não filtrado o qual é adquirido pelo microfone 25 é rico em informações, mas difícil de ser correlacionado com a velocidade de rotação do compressor 14 . Para obter essa informação, uma Transformada Rápida de Fourier (TRF) deve ser operada para quebrar o sinal obtido em uma soma de harmônicas com freqüências, amplitudes e fases diferentes, como ilustrado no gráfico da figura 4. Entre as freqüências de maior amplitude do espectro total da intensidade S do sinal sonoro filtrado, estão presentes as relacionadas com a passagem das várias irregularidades geométricas do disco de pás 26 dentro do difusor 27. Em particular, as irregularidades geométricas detectadas podem ser relacionadas somente com as pás 28 que formam o disco de pás 26 do compressor 14, ou outros tipos de irregularidades, tais como, por exemplo, a presença de dois grupos de pás 28A e 28B de comprimento diferente. O gráfico da figura 4 ilustra dois traços AeB,

correspondendo a dois múltiplos da freqüência de rotação do compressor 14, cada um dos dois traços AeB sendo associado a um respectivo grupo de pás 28A e 28B do disco de pás 26.

Com a geometria do disco de pás 26 sendo conhecida, a velocidade de rotação em [rpm] pode ser obtida por meio da fórmula a seguir:

N = (60 * f) / ζ

na qual:

f = freqüência instantânea [Hz];

ζ = número de pás 28 do compressor 14 para cada grupo de pás 28A e 28B; N = velocidade de rotação do compressor 14 expressa em rpm.

A presença dos traços A e B em todo o espectro da intensidade S do sinal sonoro filtrado relacionado ao único compressor 14 é útil para melhorar a robustez do algoritmo de reconhecimento de sinal e/ou para traçar a velocidade de diversos conjuntos de compressores, no caso de um sistema de múltiplos estágios.

Com a informação da velocidade do compressor 14 sendo conhecida, este pode ser protegido sob condições de excesso de velocidade, quando o sistema de segurança, o qual corta a entrada de combustível do turbocompressor 12, entra em operação, ou o controle de superalimentação pode ser melhorado através da redução do atraso do turbocompressor 12 em resposta à atuação devida à inércia da turbina 13.

O método então inclui estimar um valor adicional da velocidade de rotação do compressor 14, de forma completamente independente da intensidade S do sinal sonoro filtrado, para determinar um intervalo de freqüências plausíveis para a velocidade de rotação do compressor 14.

O valor da velocidade de rotação do compressor 14, calculado de uma forma completamente independente, é usado para validar o valor da velocidade de rotação do compressor 14, estimado como uma função do conteúdo da freqüência de intensidade S do sinal sonoro filtrado, novamente com referência ao intervalo de freqüências plausíveis.

Um primeiro método para estimar a velocidade de rotação do compressor 14 de uma forma completamente independente inclui o uso de uma função matemática calibrada a partir da característica de operação do compressor 14, fornecida pelo fabricante do compressor 14 e ilustrada na figura 3, o qual fornece a velocidade de rotação do compressor 14 como uma função da taxa de compressão β e a taxa do fluxo de ar AMCompr a qual passa através do compressor 14 .

Assim, o modelo de estimativa expressa a velocidade de rotação do compressor 14 como uma função da taxa de compressão β, da vazão AMCompr que passa através do compressor 14 e das temperaturas de admissão e de fornecimento.

Em particular, o valor N da velocidade de rotação do compressor 14 pode ser expresso da seguinte forma: N = f (β, AMCompr)

na qual:

β: taxa de compressão, ou seja, a relação entre, respectivamente, a pressão de saída e a pressão de entrada do compressor 14; e AMCompr: fluxo de ar passando através do compressor 14 . De acordo com uma variante preferida, com relação à taxa

do fluxo de ar AMCompr o qual passa através do compressor 14, esse valor é corrigido por meio da temperatura do ar Tair.

O valor da pressão de entrada PinC do compressor 14 é estimado em função da diferença entre o valor de pressão atmosférica Patm e a taxa de fluxo de ar aspirado pelo motor de combustão interna 1 e detectado por um medidor de vazão (não ilustrado).

O modelo de estimação permite obter um valor estimativo da velocidade de rotação do compressor 14 dentro de um intervalo de freqüências plausíveis, a partir do qual a estimação da velocidade de rotação do compressor 14 pode ser validada, a qual é obtida a partir do conteúdo da freqüência de intensidade S do sinal sonoro filtrado dentro do intervalo de freqüências plausíveis.

Além disso, as características operacionais fornecidas pelo fabricante podem ser adaptadas com base no compressor 14 em uso; em particular, a propagação de adaptação ocorre de acordo com uma lei matemática predeterminada através de um sistema de equações (as quais não serão descritas daqui em diante), as quais são implementadas pela unidade de controle eletrônico 21 para propagar a aprendizagem e consolidar o mapa característico de operação do compressor 14.

No caso de velocidades de rotação substancialmente elevadas do compressor 14, superiores a um valor limiar predeterminado TV1, a primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor 14 fornecida pelo conteúdo da freqüência de intensidade S do sinal sonoro filtrado é confiável e usada para adaptar a característica de operação do compressor ilustrado na figura 3.

Ao contrário, no caso de baixa velocidade de rotação do compressor 14, menor que um valor limiar predeterminado TV1, a primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor 14 fornecida pelo conteúdo da freqüência de intensidade S do sinal sonoro filtrado é menos confiável e, portanto, não usada para adaptar a característica de operação do compressor ilustrado na figura 3.

O modelo descrito até o momento também pode ser de forma vantajosa aplicado como um instrumento de diagnóstico do microfone 25 para avaliar possíveis desvios devido à obsolescência ou degradação do microfone 25 em si. Neste caso, o modelo inclui, em uma etapa preliminar de projeto e ajuste, estabelecer um valor de tolerância inicial (por exemplo, ± 10%) aceitável no início da vida ativa do microfone 25 para os desvios entre os dois valores estimados da velocidade de rotação do compressor 14 e um valor de tolerância de faixa integral (por exemplo, ± 20%), a qual é superior ao valor de tolerância inicial, para levar em conta a inevitável obsolescência ou degradação do microfone 25. Se o desvio entre os dois valores estimados da velocidade de rotação do compressor 14 for superior ao valor da tolerância inicial ou da faixa integral, a unidade de controle eletrônico 21 sinalizará o começo de uma condição de falha do microfone 25.

Uma variante do método descrito até o momento inclui a possibilidade de estimar o valor adicional da velocidade de rotação do compressor 14 de modo completamente independente da intensidade S do sinal sonoro filtrado através de um modelo adaptativo, a fim de tornar mais robusta a estimativa da velocidade de rotação de compressor 14 nos pontos onde a intensidade S do sinal sonoro for mais fraca ou mais comprometida pelo ruído.

De acordo com uma primeira variante, o modelo adaptativo é baseado em uma fórmula matemática com termos não lineares.

Em particular, a velocidade do compressor 14 é estimada por meio da fórmula não linear a seguir:

N = ο2*(β -c1)c3+(c4 * β)+(ο5 * AMcomprc6)+(AMcompr/P)c8/c7

na qual:

β: taxa de compressão; e

AMCompr: taxa do fluxo de ar passando através do compressor 14; e c1-c8: coeficientes característicos do compressor 14.

O valor inicial dos coeficientes característicos c1-c8 são identificados em uma etapa preliminar de projeto e ajuste, a partir da característica de operação nominal fornecida pelo fabricante e/ou são obtidas a partir de dados experimentais do motor fora do veículo, e são posteriormente adaptados em tempo de operação para cada compressor 14.

O modelo adaptativo inclui deixar inalterados os coeficientes característicos C3, C6 e C8 durante a adaptação com relação à característica de operação nominal, enquanto que os coeficientes característicos C1, C2, C4, C5, C7 são atualizados.

A fim de atualizar o valor dos cinco coeficientes característicos C1, C2, C4, C5, C7, um número mínimo de cinco pontos de medição são obviamente necessários; os cinco pontos de medição são armazenados em um buffer de memória no interior da unidade de controle eletrônico 21. Com os valores de β, AMCompr e N sendo conhecidos, um sistema de equações pode ser obtido, por meio do qual são obtidos os valores atualizados dos coeficientes característicos C1, C2, C4, C5, C7.

A resolução do sistema não linear é possível, aproveitando a simplificação da fórmula não linear acima mencionada, a qual é obtida para taxas de vazão baixa e média. Sob estas condições, de fato, os coeficientes multiplicadores característicos C5 e C7 do AMCompr podem ser considerados igual a zero, e a velocidade do compressor 14 é estimada por meio da fórmula simplificada a seguir:

N = ί(β, AMcompr) = c2*(3 -c1 )ε3+(ο4*β)

De acordo com uma variante, a adaptação dos coeficientes característicos c1-c8 do modelo adaptativo também pode ser feita por meio de um método de minimização do erro implementado pela unidade de controle eletrônico 21 durante a operação normal. Também neste caso, o valor inicial dos coeficientes característicos c1-c8 é identificado em uma etapa preliminar de projeto e ajuste, a partir da característica de operação nominal fornecida pelo fabricante e/ou a partir dos dados experimentais do motor fora do veículo.

A fim de verificar a qualidade da adaptação, é necessário determinar um valor de tolerância TV2 durante uma etapa de projeto e ajuste. A adaptação será considerada válida se a diferença entre o valor adaptado e o valor inicial (isto é, estabelecido pelo fabricante, ou em ensaios de motores fora do veículo) for inferior ao valor de tolerância TV2 nos pontos de operação adicionais, os quais são diferentes dos ditos ao menos pontos de operação utilizados para a aprendizagem.

De acordo com uma segunda variante, o modelo adaptativo é baseado em uma rede neural. Como se sabe, uma rede neural representa a interligação das informações entre os elementos, chamado de neurônios artificiais, e os processos que utilizam uma aproximação do calculo por conexionismo. A rede neural é por si mesma uma estrutura adaptativa não linear, a qual muda a sua estrutura de acordo com as informações internas ou externas as quais fluem através da rede durante a etapa de aprendizagem.

Em particular, a fim de estimar a velocidade do compressor 14, é usada uma rede neural com uma estrutura muito simples (2 ou 3 camadas de nó com um total de 3 a 4 neurônios), de tal forma que a carga computacional para a unidade de controle eletrônico é 21 não é excessiva.

A formação inicial de cada parâmetro característico NN da rede neural é feita a partir da característica de operação do fabricante e/ou a partir de dados experimentais obtidos durante uma etapa preliminar de teste do motor fora do veículo e, em seguida, adaptada para cada compressor 14. Em particular, a adaptação de cada parâmetro característico NN da rede neural durante a operação normal do compressor 14 pode ser obtida por meio de um número mínimo de 6 a 10 pontos de medição armazenados em um buffer de memória no interior da unidade de controle eletrônico 21 e de forma uniforme distribuídos em todas as regiões de operação do compressor 14.

Também neste caso, a fim de verificar a qualidade da

adaptação, é necessário determinar a valor de tolerância TV3 durante uma etapa preliminar de projeto e ajuste. A adaptação será considerada válida se a diferença entre o valor adaptado e o valor inicial (isto é, estabelecido pelo fabricante ou por meio de testes do motor fora do veículo) for inferior ao valor de tolerância TV3 em diferentes pontos de operação adicionais a partir dos ditos 6 a 10 pontos de operação utilizados para a aprendizagem.

Uma variante adicional inclui o não uso das informações obtidas a partir de um modelo do tipo descrito acima para validar, de forma completamente independente da intensidade S do sinal sonoro filtrado, o valor da velocidade de rotação do compressor 14 sendo estimado como uma função do conteúdo da freqüência da dita intensidade S. Em particular, esta variante adicional é de forma vantajosa aplicada se um motor de combustão interna não for fornecido com um medidor de fluxo para detectar a taxa do fluxo de ar aspirado pelo motor de combustão interna 1 ou com sensores de pressão configurados para detectar a pressão de saída PoutC do compressor ou a pressão atmosférica Patm.

Tal variante inclui o emprego da redundância da informação a qual pode ser obtida a partir do conteúdo da freqüência de intensidade S do sinal sonoro filtrado. Em particular, como ilustrado na figura 4, dois traços AeB são fornecidos correspondendo a dois múltiplos da freqüência de rotação do compressor 14, cada um dos dois traços AeB está associado a um respectivo grupo de pás 28A e 28B do disco de pás 26.

Neste caso, as freqüências de maior amplitude são procuradas dentro do intervalo de freqüências plausíveis da velocidade de rotação do eixo de rotação do compressor, e são escolhidos os valores múltiplos da freqüência de maior amplitude. Uma vez obtida a informação que satisfaça tal critério, a pesquisa pode continuar em um intervalo centrado no ponto anterior, com maior amplitude do que a máxima variação positiva ou negativa da velocidade do mecanismo turbo compressor ao longo do tempo levando-se em consideração o número de amostras utilizadas para a transformada de Fourier.

Neste caso, o método inicialmente procede pela identificação das freqüências de máxima amplitude no conteúdo da freqüência do sinal sonoro gerado pela rotação do compressor 14 ilustrado na figura 4 e, a seguir, pelo reconhecimento das freqüências de máxima amplitude, as quais são múltiplas ou sub- múltiplas umas das outras. A velocidade de rotação do compressor 14 é determinada exclusivamente pelo uso das freqüências com amplitude máxima, as quais são múltiplas ou sub-múltiplas umas das outras.

Durante uma etapa preliminar de projeto e ajuste, é determinado um intervalo de freqüências plausíveis e são exclusivamente procuradas, dentro do intervalo de freqüência plausível, as freqüências de amplitude máxima da gama de freqüências do sinal sonoro gerado pela rotação do compressor 14.

De acordo com uma primeira variante, o método, a seguir procede então com o cálculo da aceleração do compressor 14 dividindo a diferença entre o valor atual da velocidade de rotação do compressor 14 e o valor prévio da velocidade de rotação do compressor 14 (ou seja, entre os dois valores, determinados em seqüência, da velocidade de rotação do compressor 14) pelo intervalo de tempo decorrido entre os dois instantes nos quais as duas velocidades de rotação do compressor 14 são determinadas. Se a aceleração do compressor 14 for superior a um valor máximo TVaccJ o qual foi predeterminado em uma etapa preliminar de ajuste, a unidade de controle eletrônico 21 gerará um sinal de erro.

De acordo com uma segunda variante, ao invés disto, o método procede com a determinação de um intervalo de pesquisa o qual é centrado no valor da velocidade de rotação do compressor 14 calculado na etapa de implementação anterior e tem uma semi-amplitude igual à máxima aceleração possível multiplicada pelo intervalo de tempo decorrido entre os instantes nos quais são determinados, respectivamente, o valor atual da velocidade de rotação do compressor 14 e o valor anterior da velocidade de rotação do compressor 14. O novo valor da velocidade de rotação do compressor 14 é procurado exclusivamente pelo uso das freqüências de amplitude máxima, as quais são, dentro do intervalo de pesquisa, múltiplas ou sub- múltiplas umas das outras.

As estratégias de controle acima descritas podem também ser de forma vantajosa usadas para controlar qualquer outro compressor no motor de combustão interna 1, tal como, por exemplo, um compressor conectado diretamente ao eixo motriz.

Além disso, as estratégias de controle acima descritas podem também ser de forma vantajosa aplicadas para controlar um turbocompressor de tipo múltiplo estágio. O compressor de múltiplos estágios geralmente compreende duas ou mais unidades conectadas em cascata uma com a outra; uma turbina menor tem uma resposta rápida e uma pressão de saída baixa, enquanto que uma turbina maior tem uma resposta a qual tende a ser lenta, mas uma pressão de saída alta.

Os dois compressores 14, aparentemente, têm velocidades de rotação respectivas, as quais diferem uma da outra, e diferentes freqüências são associadas às mesmas; portanto, através de um único microfone 25, o ruído emitido por ambos os compressores pode ser detectado e o sinal pode ser dividido em dois traços, cada um dos quais é associado com um respectivo compressor 14.

As estratégias descritas até o momento podem ser de forma vantajosa usadas pela unidade de controle eletrônico 21 para controlar a velocidade de rotação do compressor 14 de um motor de combustão interna 1 e para implementar uma série de estratégias as quais são adaptadas para melhorar o desempenho do turbocompressor 12, tanto quanto possível, mantendo-se dentro dos limites estruturais do turbocompressor 12 em si. Além disso, uma vantagem adicional está na carga computacional da unidade de controle eletrônico 21, a qual não é excessivamente exigida para implementar as estratégias acima mencionadas.

Claims

1. Método para determinar a velocidade de rotação de ao menos um compressor (14) o qual comprime o ar aspirado em um motor de combustão interna (1); o método de determinação, durante a operação normal do motor a combustão interna (1), compreende as etapas de: - detectar, por meio de um microfone (25), a intensidade de um sinal sonoro gerado pela rotação do compressor (14); e - determinar a evolução, em função do tempo, do conteúdo da freqüência do sinal sonoro gerado pela rotação do compressor (14); o método de determinação sendo caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: - determinar, de forma completamente independente do sinal sonoro gerado pela rotação do compressor (14), uma primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14), com base na qual é determinado um intervalo de freqüências plausíveis para a velocidade de rotação do compressor (14); - determinar uma segunda estimativa da velocidade de rotação do compressor (14), de acordo com o conteúdo da freqüência do sinal sonoro gerado pela rotação do compressor (14), dentro do intervalo de freqüências plausíveis; e - validar a segunda estimativa para a velocidade de rotação do compressor (14) através da primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14) compreende, em uma fase de ajuste preliminar e de projeto, ainda as etapas de: - adquirir a característica de operação nominal do compressor (14), a qual fornece a velocidade de rotação do compressor de acordo com a taxa de compressão (β) e o fluxo (AMcompr) do ar que circula através do compressor (14); e - determinar a primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14) de acordo com a taxa de compressão (β) entre a pressão da saída (Poutc) e a pressão da entrada (Pinc)· a qual é calculada de acordo com o valor da pressão atmosférica (Patm) e o fluxo do ar aspirado pelo motor a combustão interna (1), de acordo com o fluxo (AMcompr) do ar que circula através do compressor (14), de preferência corrigida de acordo com a temperatura do ar (Tair) e utilizando a característica de operação nominal do compressor (14).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14) compreende, em uma fase de ajuste preliminar e de projeto, ainda as etapas de: - determinar, através do uso da característica de operação normal do compressor (14), um modelo para estimar a velocidade de rotação do compressor a qual fornece a velocidade de rotação do compressor de acordo com a taxa de compressão (β) e o fluxo (AMcompr) do ar que circula através do compressor (14); e - determinar a primeira estimativa da velocidade de rotação do compressor (14) de acordo com a taxa de compressão (β) e o fluxo (AMCompr) do ar que circula através do compressor (14) e utilizando o modelo de estimativa.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de atualizar o modelo de estimativa utilizando a segunda estimativa da velocidade de rotação do compressor (14) quando a segunda estimativa tenha sido validada pela primeira estimativa.

5. Método, de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o modelo de estimativa consiste de uma equação não linear a qual é uma função da taxa de compressão (β) entre a pressão da saída (Poutc) e a pressão da entrada (Pinc) do compressor (14), o fluxo (AMC0mpr) do ar que circula através do compressor (14) e de uma pluralidade de paramentos característicos (c1-c8) do modelo de estimativa.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o modelo de estimativa consiste das seguintes equações não lineares: 20 N = ο2*(β -c1 )c3+(c4 * β)+(ο5 * AMcomprc6)+(AMcompr^)c8 /c7 na qual: N velocidade de rotação do compressor (14); β taxa de compressão; AMcompr fluxo de ar; c1-c8 parâmetros característicos do modelo de estimativa.

7. Método, de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa adicional de atualizar o valor de apenas uma parte dos parâmetros característicos (c1-c8) do modelo de estimativa utilizando a segunda estimativa para a velocidade de rotação do compressor (14) quando a segunda estimativa tenha sido validada pela primeira estimativa.

8. Método, de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o modelo de estimativa consiste de uma rede neural preferencialmente compreendendo 2 ou 3 camadas de nós com 3 ou 4 neurônios artificiais.

9. Método, de acordo com uma qualquer dentre as reivindicações de 5 a 8, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de calcular um valor de partida de uma pluralidade de parâmetros característicos (c1-c8; NN) do modelo de estimativa através da característica de operação normal do compressor (14).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender as etapas adicionais de: - calcular um valor atualizado para os parâmetros característicos (c1-c8; NN) do modelo de estimativa utilizando a segunda estimativa; - calcular a diferença entre o valor atual de cada parâmetro característico (c1-c8; NN) do modelo de estimativa e o correspondente valor atualizado; e - atualizar o valor atual de cada parâmetro característico (c1-c8; NN) do modelo de estimativa utilizando o valor atualizado correspondente quando o valor absoluto da diferença é menor que o valor de tolerância (TV1).

11. Método, de acordo com uma qualquer dentre as reivindicações de 3 a 10, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de atualizar a característica de operação normal do compressor (14) utilizando a segunda estimativa para a velocidade de rotação do compressor (14) quando a segunda estimativa tenha sido validada pela primeira estimativa e quando a intensidade do sinal sonoro utilizado para determinar a segunda estimativa é maior que um primeiro valor limite.

12. Método, de acordo com uma qualquer dentre as reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de diagnosticar um mau funcionamento do microfone (25) quando o valor absoluto da diferença entre a segunda estimativa e a primeira estimativa para a velocidade de rotação do compressor (14) permaneça maior que um segundo valor limite por um intervalo de tempo que seja maior que um terceiro valor limite.

13.

Método, de acordo com uma qualquer dentre as reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o motor a combustão interna (1) compreende ao menos dois estágios de compressão para o ar aspirado, cada um dotado de um respectivo compressor (14); o método compreendendo as etapas complementares de: - detectar, através de um microfone (25), a intensidade do sinal sonoro gerado pela rotação de ambos os compressores (14); - determinar a evolução, em função do tempo, do conteúdo da freqüência do sinal sonoro gerado pela rotação de ambos os compressores (14); - determinar uma segunda estimativa para a velocidade de rotação de cada compressor (14) de acordo com o conteúdo da freqüência do sinal sonoro gerado pela rotação de ambos os compressores (14); - determinar, de forma completamente independente, o sinal sonoro gerado pela rotação do compressor (14), uma primeira estimativa para a velocidade de rotação de cada compressor (14); e validar a segunda estimativa para a velocidade de rotação de cada compressor (14) por meio da primeira estimativa para a velocidade de rotação do próprio compressor (14).