BRPI0804932A2

BRPI0804932A2 - processo para determinação da proporção dos componentes de uma mistura de combustìvel

Info

Publication number: BRPI0804932A2
Application number: BRPI0804932-7A
Authority: BR
Inventors: Dimitrios Stavrianos
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-07-27
Also published as: US20090139305A1; SE532601C2; DE102007057505A1; SE0850098L; US8127598B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo para determinação da proporção (z) de componentes de uma mistura de combustível (11), que e transportada por uma bomba de combustível (12), e um dispositivo para execução do processo. Uma medida (p_KP) para a tomada de potência da bomba de combustível (12) é detectada e determinada a proporção (z) dos componentes da mistura de combustível (11) com base na mesma. Pelo procedimento, de acordo com a invenção pode ser dispensado um sensor especial, que seja sensível aos componentes da mistura de combustível (11).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA DETERMINAÇÃO DA PROPORÇÃO DOS COMPONENTES DE UMA MISTURA DE COMBUSTÍVEL".

Estado Atual da Técnica

A presente invenção refere-se de um processo para a determi-nação da proporção de componentes de uma mistura de combustível e a umdispositivo para execução do processo segundo o gênero das reivindicaçõesindependentes.

A invenção refere-se especialmente a um processo para deter-minação da proporção de componentes de uma mistura de combustível deum primeiro e ao menos um segundo combustível para operação de um mo-tor de combustão interna.

São também objeto da presente invenção um programa de apa-relho de controle bem como um produto de programa de aparelho de controle.

Motores de combustão interna à base de motores Otto são emgeral operados com combustível de hidrocarbonetos de combustíveis fósseisà base de petróleo refinado. A esse combustível é cada vez mais adicionadoetanol produzido de matérias-primas renováveis (vegetais) ou outro álcoolem distintas relações de mistura. Nos USA e na Europa é freqüentementeempregada uma mistura de 70 - 85 % de etanol e 15 - 30 % de gasolinasob o nome de marca E85. Os motores de combustão interna são de tal ma-neira projetados que tanto podem ser operados com gasolina pura comotambém com misturas até E85; isso é chamado de "operação flex-fuel".

Para uma operação econômica com pequena ejeção de subs-tâncias nocivas com potência de motor simultaneamente alta e bom compor-tamento de partida, os parâmetros operacionais na operação "flex-fuel" de-vem ser adaptados à mistura de combustível presente. Por exemplo, umaproporção de ar/combustível estequiométrica se situa em torno de 14,7 fra-ções em peso de ar por fração de gasolina; com emprego de etanol purodeve, contudo, ser ajustada uma fração de ar de 9 partes em peso. Ademais,para uma ótima combustão, o ângulo de ignição do motor de combustão interna deve ser adaptado à proporção de mistura.

Devido às distintas propriedades de evaporação de etanol e ga-solina, quando da partida do motor de combustão interna em função da pro-porção de mistura devem ser predeterminados distintos fatores de enrique-cimento. O conhecimento da proporção de mistura de combustível presenteé, portanto, de significado fundamental para a operação do motor de com-bustão interna.

Na DE 41 17 440 C2 é descrito um processo para ajuste adapta-tivo de uma mistura de ar/combustível para consideração das propriedadesde combustível na operação de um motor de combustão interna, que apre-senta um regulador lambda, que emite um fato de regulagem RF, e que a-presenta um integrador de adaptação, que emite um fator de adaptação AFcom velocidade de adaptação variável, que influencia além do fator de regu-lagem FR o ajuste da mistura de ar-combustível. É então prevista uma verifi-cação de se a amplitude de desvio de regulagem lambda ultrapassa um pri-meiro valor-limite; e, quando é esse ocaso, a velocidade de adaptação é es-tabelecida em um valor elevado até que seja satisfeita uma condição prede-terminada, depois do que é comutado de volta para uma velocidade de a-daptação baixa. Esse processo é conhecido como adaptação de combustível.

A adaptação de combustível possibilita operar sem problemasmotores de combustão interna que podem ser operados com distintos com-bustíveis. Assim, por exemplo, quando de uma troca de um combustível ga-solina para uma mistura de combustível de 85 % de etanol e 15 % de gasoli-na, o tempo de injeção pode ser prolongado em mais de 40 %, para se obteros mesmos valores lambda no gás de escape. Isso é devido à distinta de-manda de ar para uma combustão estequiométrica.

Segundo o processo descrito na DE 41 17 440 C2, para tanto érealizada uma correspondente intervenção de adaptação. Como quando deuma troca de combustível devem ser procedida a uma correção - muito a-centuada em comparação com compensação de influências de envelheci-mento ou influências de fabricação - dos tempos de injeção e, portanto, daintervenção de adaptação, no processo proposto a velocidade de adaptaçãoé nitidamente aumentada quando de uma troca de combustível identificada.

Da intervenção de adaptação e do tempo de injeção disso resul-tante ou da quantidade de combustível aduzido ao motor de combustão in-terna pode ser concluída a proporção de mistura do combustível aduzido,depois do que podem ser ajustados os outros parâmetros operacionais domotor de combustão interna à mistura de combustível presente.

Desvantajoso no processo descrito é que, quando de uma ne-cessária intervenção de adaptação na regulagem lambda, nem sempre sepode verificar com segurança se a intervenção é necessária devido a desvi-os por envelhecimento e tolerâncias ou devido a uma alteração da proporçãode mistura de combustível, se a intervenção de adaptação portanto deve serexecutada através da adaptação de mistura ou de combustível. Com baseem critérios de distinção, como por exemplo velocidade da variação ou umaidentificação de abastecimento de combustível ou um declive de detonação,pode ser estabelecida uma correspondente associação com certa probabili-dade.

Mas ainda permanece uma insegurança restante. Tendo o sis-tema sido uma vez desaprendido, uma alteração da proporção de mistura decombustível seria interpretada falsamente como tolerância ou desvio por en-velhecimento e compensada correspondentemente pela adaptação de mistu-ra, de modo que esse erro só dificilmente pode ser posteriormente identifica-do e revertido. No que concerne à adução de combustível, é indiferente se aadaptação é realizada pela adaptação de mistura ou adaptação de combustível.

Quando de uma alteração da proporção de mistura de combustí-vel, além da adaptação da quantidade de combustível aduzida ao motor decombustão interna são ainda necessárias outras medidas, por exemplo umaadaptação uma adaptação do ângulo de ignição ou um enriquecimento departida. Essas medidas não são realizadas na interpretação falha descrita.

Da literatura de patente são conhecidos outros processos, quepossibilitam uma conclusão sobre distintas propriedades do combustívelempregado, inclusive devido a distintas relações de mistura de combustíveisfósseis e álcoois, e uma correspondente adaptação dos parâmetros opera-cionais do motor de combustão interna.

Assim, na DE 29 52 073 A1 é descrito um processo para otimi-zação do ciclo de trabalho de um motor de combustão interna de igniçãoestranha, em que dados de acionamento do motor de combustão interna, asaber, entre outros, a posição angular relativa momentânea do eixo de ma-nivela (ângulo de manivela), são medidos, aduzidos a uma unidade de con-trole eletrônica e, correspondentemente, se atua sobre o momento de igni-ção e/ou a quantidade de combustível aduzida. É então previsto variar umvalor teórico de aproximação do momento de ignição e/ou da quantidade decombustível aduzida em torno ao menos de uma dessas grandezas de regu-lagem de ciclo de trabalho para ciclo de trabalho.

Além do ângulo de manivela ainda são medidas continuamentea pressão momentaneamente indicada ou uma grandeza se alterando ana-logamente com ela. Disso e da posição de pistão determinada pelo ângulode manivela é calculada para cada curso de trabalho respectivamente apressão medida indicada ou uma grandeza análoga. A conseqüência dosvalores calculados da pressão média indicada é registrada e, em seguida,valores sucessivos são comparados entre si. Para cada estado operacionaldo motor de combustão interna é interrompida a variação da grandeza deregulagem e estabelecido o presente valor da grandeza de regulagem, tãologo a pressão medida indicada atinge um valor máximo.

O processo possibilita, entre outros, também compensar desviosde parâmetros de controle no controle do motor de combustão interna, queresultam do emprego de combustíveis distintos, como por exemplo metanol,etanol e gasolina.

Da DE 38 33 123 A1 é conhecido um dispositivo para detecçãodas propriedades de combustível, sendo que a quantidade de ar aspiradapor um motor de combustão interna e a proporção ar/combustível são medi-das no gás de descarga, uma quantidade de injeção de combustível combase na quantidade de ar aspirada é calculada e a quantidade do combustí-vel a ser injetado é regulada em correspondência à proporção dear/combustível.

O dispositivo é caracterizado por meios de detecção de pressãopara detecção da pressão interna de cilindro, meios de detecção de ângulode manivela para detecção do ângulo de manivela do motor de combustãointerna e um dispositivo de monitoramento, que recebe sinais dos meios dedetecção de pressão e dos meios de detecção de ângulo de manivela e cal-cula um valor calorífico Q efetivo do combustível em um ciclo de ignição combase na pressão interna de cilindro P (6) com um ângulo de manivela noscursos de compressão e expansão de um ciclo de ignição, do ângulo de ma-nivela 0 e da capacidade de cilindro V (0) e determina um valor de combus-tão K efetivo ou um valor calorífico Hu interior do combustível, sendo quesão detectadas as propriedades do combustível com emprego de ao menoso valor de combustão K efetivo ou do valor calorífico Hu inferior ou da pro-porção (Ti/Hu) da duração Ti de um impulso de injeção de combustível parao valor calorífico Hu inferior.

Constitui objetivo da invenção indicar um processo, que possibili-te a determinação da proporção de componentes de uma mistura de com-bustível.

Descrição da Invenção

O procedimento de acordo com a invenção para a determinaçãoda proporção de componentes de uma mistura de combustível pressupõeque a mistura de combustível é transportada por uma bomba de combustí-vel. É previsto que uma medida para a tomada de potência da bomba decombustível seja detectada e determinada a proporção dos componentes damistura de combustível com base na medida detectada.

O procedimento de acordo com a invenção tem a vantagem deque para a determinação da proporção de componentes da mistura de com-bustível não é necessário um sensor separado, que seja sensível aos distin-tos componentes da mistura de combustível.

Outras execuções e configurações vantajosas do procedimentode acordo com a invenção se depreendem das reivindicações dependentes.Uma configuração prevê que a proporção dos componentes damistura de combustível é determinada em um estado operacional da bombade combustível ao menos aproximadamente estacionário. Garante-se assimque estados operacionais não-estacionários não influenciem negativamentea determinação da proporção.

Outra configuração prevê que a proporção dos componentes damistura de combustível em função da pressão da mistura de combustíveltransportada pela bomba de combustível. Assim pode ser compensada umadependência eventualmente existente da pressão operacional da mistura decombustível transportada na tomada de potência da bomba de combustível.

Outra configuração do procedimento de acordo com a invençãoprevê uma viabilização da medida para a demanda de potência da bomba decombustível com relação a um reabastecimento da mistura de combustível.

Outra configuração prevê que como medida para a tomada depotência da bomba de combustível é aproveitada a corrente operacional deum acionamento elétrico da bomba de combustível. Na medida em que sejaprevisto como acionamento um motor elétrico, pode ser assim de modo es-pecialmente simples ser obtida uma medida para a tomada de potência dabomba de combustível.

O dispositivo de acordo com a invenção para a execução doprocesso refere-se inicialmente a um aparelho de controle, que é especifi-camente projetado para execução do processo.

O dispositivo prevê ainda um acionamento elétrico da bomba decombustível. Como medida para a tomada de potência da bomba de com-bustível é aproveitada, nesse caso, a corrente operacional do acionamentoeletromotor, que é disponibilizada por um sensor de corrente.

O aparelho de controle contém, de preferência, ao menos umarmazenador elétrico, em que estão depositadas as etapas de processo co-mo programa do aparelho de controle.

O programa do aparelho de controle de acordo com a invençãoprevê que todas as etapas do processo de acordo com a invenção sejamexecutadas ao rodar em um aparelho de controle.O produto de programa de aparelho de regulagem de acordocom a invenção com um código de programa armazenado em um suportepassível de leitura mecânica executa o processo de acordo com a invençãoquando o programa roda em um aparelho de controle.

Outras configurações e execuções vantajosas do procedimentode acordo com a invenção se depreendem das outras reivindicações depen-dentes. Exemplos de execução da invenção estão representados no dese-nho e detalhadamente explicados na descrição a seguir.

Descrição Detalhada da Invenção

A figura mostra um tanque de combustível 10, em que está ar-mazenada uma mistura de combustível 11, que contém ao menos dois com-ponentes principais distintos. Parte-se a seguir de uma mistura de combustí-vel 11, que contém gasolina e álcool, sendo que a proporção de mistura po-de se situar entre 0 % e 100 %. A mistura de combustível 11 é, de preferên-cia, prevista para abastecimento com combustível de um motor de combus-tão interna não mostrado em detalhe.

A mistura de combustível 11 é bombeada por uma bomba decombustível 12, por exemplo, em um circuito fechado, que contém uma des-carga 14 conduzindo a um Rail 13 bem como um refluxo retornando do Rail13 ao tanque de combustível 10. Ao Rail 13 está conectada uma medição decombustível 16, que é realizada por exemplo, como ao menos uma válvulade injeção de combustível.

A pressão de combustível no Rail 13 é detectada por um sensorde pressão 17 e disponibilizada a um aparelho de controle 20 como sinal depressão p_K.

A bomba de combustível no Rail 12 é acionada por um aciona-mento 21 de preferência elétrico. Na medida em que esteja previsto um a-cionamento 21 elétrico, ao motor elétrico do acionamento 21 está disponíveluma tensão operacional u_KP. A corrente operacional i_KP fluindo pelo mo-tor elétrico do acionamento 21 é detectada por um sensor de corrente 22 edisponibilizada ao aparelho de controle 20.

O aparelho de controle 20 recebe ainda uma informação sobre onível de enchimento da mistura de combustível 11 no tanque de combustível10. Um sensor de nível de enchimento 23 disponibiliza um correspondentesinal de nível de enchimento i_KT da mistura de combustível 11 no tanquede combustível 10 ao aparelho de controle 20.

Ponto de partida para a determinação da proporção de compo-nentes da mistura de combustível 11, em havendo ao menos dois compo-nentes, é a detecção da tomada de potência da bomba de combustível 12.Pôde ser comprovado que em função da proporção z dos componentes damistura de combustível 11 é necessária um potência de acionamento distintada bomba de combustível 12. A distinta demanda de potência resulta deuma alteração das propriedades de lubrificação e da densidade da misturade combustível 11 em função da proporção z dos componentes da misturade combustível 11. De uma determinada medida para a tomada de potênciada bomba de combustível 12 pode, portanto, ser determinada a proporção zdos componentes da mistura de combustível 11.

O aparelho de controle 20 contém uma determinação de potên-cia 30, que determina a potência do acionamento 21. Na medida em que setrate de um acionamento 21 eletromotor, a potência elétrica como medidapara a tomada de potência da bomba de combustível 12 resulta de uma mul-tiplicação da tensão operacional u_KP disponibilizada ao motor elétrico e dacorrente i_KP fluindo pelo motor elétrico.

Basta disponibilizar ao menos uma medida p_KP para a potên-cia da bomba de combustível 12. Na medida em que esteja presente um mo-tor elétrico como acionamento 21, com uma tensão operacional u_KP pré-dada basta já a detecção apenas da corrente operacional i_KP para disponi-bilização da medida p_KP para a potência de acionamento da bomba decombustível 12. A tensão operacional u_KP importa, por exemplo, ao menosaproximadamente em 12 V, que é disponibilizada por exemplo por uma bate-ria de veículo automotor.

Para que operações para ligar a bomba de combustível 12 bemcomo outros estados operacionais não-estacionários não tenham, tantoquanto possível, qualquer influência sobre a determinação da proporção zdos componentes da mistura de combustível 11, a medida p_KP para a to-mada de potência de preferência é determinada em um estado operacionalda bomba de combustível 12 ao menos aproximadamente estacionário. Paratanto, à determinação de potência 30 está disponível, por exemplo, um valor-limite de alteração de potência (dp_KP/dtiJ-im). A medida p_KP para a po-tência da bomba de combustível 12 só é disponibilizada quando o valor-limite de alteração de potência (dp_KP/dti_l_im) não é ultrapassado.

Alternativamente, um estado operacional ao menos aproxima-damente estacionário da bomba de combustível 12 pode ser identificado dosinal de pressão p_K. Em lugar do valor-limite de alteração de potência(dp_KP/dti_Lim) é então previsto um valor-limite de alteração de pressão.

Além disso, alternativamente, pode ser determinado um estadooperacional ao menos aproximadamente estacionário da bomba de combus-tível 12 de estados operacionais não indicados detalhadamente do motor decombustão interna a ser abastecido com a mistura de combustível 11. Paratanto pode ser aproveitado, por exemplo, o estado de carga atualmente pré-dado do motor de combustão interna e/ou o número de rotações do motor decombustão interna para verificação da presença de um estado operacionalao menos aproximadamente estacionário.

A medida p_KP para a potência de acionamento da bomba decombustível 12 é aproveitada em uma determinação de proporção 31 para adeterminação da proporção z dos componentes da mistura 21. A determina-ção de proporção 31 pode conter fórmulas, das quais resulta a proporção zcom a medida p_KP como grandeza de entrada. De preferência, a determi-nação de proporção 31 contém a proporção em forma de tabela, para pou-par trabalho de cálculo.

A partir do exemplo de que a mistura de combustível 11 contémgasolina e álcool, por exemplo etanol, com crescente teor de álcool aumentaa demanda de potência da bomba de combustível 12. Experimentalmente severificou que a demanda de potência da bomba de combustível aumenta emfunção da fração de álcool em até 15 % com crescente fração de álcool.

Para viabilização do resultado da determinação da proporção 31pode ser levada em consideração uma alteração do nível de enchimento notanque de combustível 10. Uma alteração da proporção z pode ser esperadaquando combustível é reabastecido. O aparelho de controle 20 contém, depreferência, uma avaliação de alteração de nível de enchimento 32, quecompara o sinal de nível de enchimento l_KT disponibilizado pelo sensor denível de enchimento 23 com o valor-limite de alteração de nível de enchi-mento (dp_KP/dti_Lim). Quando do reabastecimento, dentro de curto tempo,ocorre uma alteração do nível de enchimento, que sinaliza a avaliação dealteração de nível de enchimento 32 com a disponibilização de um sinal dearmazenagem s. O sinal de armazenagem s é disponibilizado a um armaze-nador 33, que armazena a medida p_Kp determinada para a potência dabomba de combustível 12 com sinal de armazenagem s presente. À deter-minação de proporção 31 está então disponível tanto a medida p_KP atéentão como também a medida p_KP atual e pode em seguida proceder àviabilização com base em uma comparação. Especialmente pode ser con-firmada uma alteração da proporção z, quando houve simultaneamente umreabastecimento.

A medida p_KP para potência da bomba de combustível 12 ouda demanda de potência elétrica de um motor elétrico no acionamento 21pode depender da pressão da mistura de combustível 11 transportada. Co-mo medida pra a pressão pode ser aproveitado o sinal de pressão p_K, queé disponibilizado à determinação de proporção 31.

Verificou-se ainda que a medida p_KP pode depender da potên-cia da duração operacional total da bomba de combustível ti_KP. Cabe en-tão considerar que usualmente é previsto um filtro de combustível que podeestar disposto por exemplo na bomba de combustível 12. Experimentalmen-te pôde ser mostrado que com crescente duração operacional total ti_KP doequipamento total, que se reflete na duração operacional total ti_KP dabomba de combustível 12, aumenta a medida p_KP para a demanda de po-tência da bomba de combustível 12. A duração operacional total da bombade combustível ti_KP é portanto disponibilizada à determinação de propor-ção 31.Tanto o sinal de pressão p_K como também a duração de ope-ração total da bomba de combustível ti_KP podem ser consideradas na de-terminação de proporção 31 por um depósito de distintos traçados de curvaem função dos parâmetros p_K ou ti_KP.

A proporção z determinada dos componentes da mistura decombustível 11 pode ser também considerada especialmente quando deuma dosagem do combustível para operação de um motor de combustãointerna. Para, por exemplo, se poder manter uma proporção ar/combustívelpré-dada, com uma mistura de combustível 11 por exemplo de gasolina eálcool com crescente teor de álcool é necessária uma dosagem da misturade combustível.

A proporção z pode ser aproveitada para a viabilização da pro-porção de componentes da mistura de combustível 11 determinada de umamaneira alternativa. Por exemplo, a proporção z pode ser determinada alter-nativamente por uma intervenção em um regulador lambda não mostradoem detalhe de um motor de combustão interna, podendo a proporção z obti-da da outra maneira ser viabilizada com o processo aqui descrito.

Claims

1. Processo para determinação da proporção (z) de componen-tes de uma mistura de combustível (11), que é transportada por uma bombade combustível (12), caracterizado pelo fato de que uma medida (p_KP) paraa tomada de potência da bomba de combustível (12) é detectada e determi-nada a proporção (z) dos componentes da mistura de combustível (11) combase na medida (P_KP) detectada.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a proporção (z) dos componentes da mistura de combustível(11) é determinada em um estado operacional da bomba de combustível(12) ao menos aproximadamente estacionário.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a proporção (z) dos componentes da mistura de combustível(11) é determinada em função do tempo operacional total (ti_PK) da bombade combustível (12).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a proporção (z) de componentes da mistura de combustível(11) é determinada em função da pressão (p_K) da mistura de combustível(11) transportada pela bomba de combustível (12).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que é procedida a uma viabilização da medida (p_KP) para a de-manda de potência da bomba de combustível (12) com relação a um reabas-tecimento da mistura de combustível (11).

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que como medida (p_KP) para a tomada de potência da bomba decombustível (12) é aproveitada a corrente operacional (i_KP) de um aciona-mento (21) elétrico da bomba de combustível (12).

7. Dispositivo para determinação da proporção (z) de componen-tes de uma mistura de combustível (11), que é transportada por uma bombade combustível (12), caracterizado pelo fato de que é previsto ao menos umaparelho de controle (20) projetado para execução do processo como defini-do nas reivindicações 1 a 6.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que é previsto um acionamento (21) eletromotor da bomba decombustível (12) e sendo que como medida (p_KP) para a tomada de potên-cia da bomba de combustível (12) é aproveitada a corrente operacional(i_KP) do acionamento (21) eletromotor, que é disponibilizada por um sensorde corrente (22).

9. Programa de controle, que executa todas as etapas de umprocesso como definido nas reivindicações 1 a 6, quando o programa rodaem um aparelho de controle (20).

10. Produto de programa de aparelho de regulagem com um có-digo de programa armazenado em um suporte passível de leitura mecânicapara execução do processo como definido nas reivindicações 1 a 6, quandoo programa roda em um aparelho de controle (20).