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BRPI0901606A2 - processo e dispositivo para a determinação da composição de uma mistura de combustìvel - Google Patents

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BRPI0901606A2
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internal combustion
combustion engine
stability
fuel
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BRPI0901606-6A
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Axel Loeffler
Wolfgang Fischer
Roland Karrelmeyer
Gerald Graf
Daniel Scherrer
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Bosch Gmbh Robert
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Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAçãO DA COMPOSIçãO DE UMA MISTURA DE COMBUSTìVEL. A presente invenção refere-se a um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível formada por um primeiro combustível e por pelo menos um segundo combustível, para a operação de um motor de combustão interna com autoignição, com pelo menos um sensor que determina a evolução da combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão intema, sendo que a partir de uma grandeza que caracteriza um processo de combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna é formada uma medida para a estabilidade do processo de combustão, e sendo que a determinação da composição da mistura de combustível ocorre a partir da medida para a estabilidade do processo de combustão. A invenção também se refere a um dispositivo para a determinação da composição de uma mistura de combustível formada por um primeiro combustível e por pelo menos um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna com autoignição, com um mecanismo de válvula variável ou semivariável para o ajuste variável das aberturas de válvula em relação ao ângulo de manivela e para o ajuste variável da seção transversal de abertura das válvulas, com uma injeção direta para a dosagem da mistura de combustível, com pelo menos um sensor para a determinação da evolução da combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna e com uma unidade de regulagem para a regulagem do motor de combustão interna com base no sinal de saida do sensor, sendo que o sinal de saída do sensor como medida para a evolução da combustão é fornecido a um sistema eletrónico de motor e lá é armazenável ao longo de uma quantidade predeterminada de ciclos de combustão; sendo que para a determinação de uma medida para a estabilidade da combustão pode-se executar uma avaliação estatística das evoluções de combustão dentro do sistema eletrónico de motor, e sendo que a partir da medida formada para a estabilidade da combustão pode-se determinar a composição da mistura de combustível e pode-se executar uma correção da regulagem do motor de combustão interna.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOE DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DE UMAMISTURA DE COMBUSTÍVEL".
Estado da Técnica
A presente invenção refere-se a um processo para a determina-ção da composição de uma mistura de combustível formada por um primeirocombustível e por pelo menos um segundo combustível para a operação deum motor de combustão interna com autoignição, com pelo menos um sen-sor que determina a evolução da combustão em pelo menos um cilindro domotor de combustão interna.
A invenção se refere ainda a um dispositivo para a determinaçãoda composição de uma mistura de combustível formada por um primeirocombustível e por um segundo combustível, para a operação de um motorde combustão interna com autoignição, com um mecanismo de válvula vari-ável ou semivariável para o ajuste variável das aberturas de válvula em rela-ção ao ângulo de manivela e para o ajuste variável da seção transversal deabertura das válvulas, com uma injeção direta para a dosagem da mistura decombustível, com pelo menos um sensor para a determinação da evoluçãoda combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna ecom uma unidade de regulagem para a regulagem do motor de combustãointerna com base no sinal de saída do sensor.
Processos de combustão tipo motor Otto com autoignição sãoconhecidos como processos a gasolina HCCI (homogeneous charge com-pression ignition) ou CAI (controlled auto ignition). Em relação aos processosconvencionais, com ignição externa, eles apresentam um potencial significa-tivo para a economia de combustível, juntamente com uma simultânea emis-são reduzida de substâncias poluentes.
Geralmente, os motores de combustão interna tipo motor Ottocom autoignição estão equipados com um mecanismo de válvula variável ecom uma injeção direta de gasolina. Para a geração da operação CAI sãoconhecidas diferentes estratégias. O objetivo em comum dessas estratégiasé concretizar uma massa relativamente grande de gás residual no cilindro domotor de combustão interna. Esse gás residual quente é responsável pelaintrodução da combustão durante a fase de compressão.
O controle, respectivamente a regulagem, da combustão em ummotor de combustão interna com autoignição ocorre vantajosamente combase em um sinal de câmara de combustão. Neste caso,como sensor sãoempregados, de preferência, sensores de pressão de cilindro que determi-nam, com alta resolução no tempo, a evolução da pressão durante um ciclode combustão. Nesse caso, por exemplo, a pressão média indexada pmi empelo menos uma câmara de combustão do motor de combustão interna podeser prevista como medida para o trabalho mecânico despendido pelo motorde combustão interna, e a posição do centro de gravidade da combustãoMFB50 (medida fraction burnt 50 %) obtida a partir da evolução da pressãopode ser prevista como grandeza de orientação da regulagem.
Tanto os motores de combustão interna com ignição externa,como os com autoignição com base em motores Otto são operados em geralcom combustível proveniente de hidrocarbonetos de combustíveis fósseiscom base em petróleo refinado. A esse combustível é cada vez mais adicio-nado o etanol gerado a partir de matérias-primas (plantas) renováveis ou umoutro álcool, em diferentes proporções de misturas. Nos EUA e na Europaemprega-se freqüentemente uma mistura formada por 70 a 85 % de etanol e15-30 % de gasolina, sob o nome de marca E85. Os motores de combustãointerna devem ser projetados de tal modo que eles possam operar tanto comgasolina pura, como com misturas de até E85; isso é chamado de "operaçãoflex-fuel". Para uma operação econômica com uma reduzida emissão de po-luentes, juntamente com alto desempenho do motor e bom comportamentode partida, é preciso que os parâmetros operacionais na operação flex-fluelsejam adaptados à respectiva mistura de combustível presente. Por exem-plo, uma relação estequiométrica combustível-ar situa-se em 14,7 frações devolume de ar por cada fração de gasolina, embora empregando-se etanolseja preciso ajustar uma porcentagem de ar de 9 frações de volume. Peque-nas e/ou lentas alterações do teor de álcool podem ser identificadas e leva-das em consideração pelo controle de motor do motor de combustão interna,por exemplo por meio de uma sonda lambda. No entanto, após um enchi-mento do tanque, por exemplo, também podem ocorrer alterações rápidascom um elevado desvio da composição da mistura de combustível. Segundoo estado da técnica, essas alterações rápidas da composição do combustí-vel podem ser identificadas por meio de um sensor de álcool. No entanto,esse componente eleva os custos do motor de combustão interna.
A adição de etanol, especialmente no caso de um alto grau deadição de 50 % a 85 %, tem uma influência significativa sobre a combustãoCAI que é bastante sensível. Por isso são obrigatoriamente necessárias pro-vidências para compensar essa influência.
A partir do documento R. 318837 da Depositante, ainda não di-vulgado, conhece-se um processo para a determinação da composição deuma mistura de combustível formada por um primeiro combustível e por umsegundo combustível, para a operação de um motor de combustão interna,sendo que o primeiro e o segundo combustível apresentam diferentes velo-cidades de combustão e/ou diferentes teores específicos de energia e sendoque o motor de combustão interna apresenta pelo menos um sensor depressão em pelo menos uma câmara de combustão, por meio do qual de-termina-se uma evolução da pressão temporal e/ou sincronizada angular-mente na câmara de combustão. Nesse caso é previsto que a composiçãoda mistura de combustível seja determinada a partir da evolução de pressãotemporal e/ou sincronizada angularmente da pressão do gás na, pelo menosuma, câmara de combustão durante uma fase de combustão. Nesse caso adesvantagem é que a influência da adição de etanol sobre as característicaspadrões, tais como a pressão indexada média pmi como medida para o tra-balho despendido pelo motor de combustão interna ou tal como a posição docentro de gravidade da combustão MFB50, não fica acentuada tão fortemen-te para possibilitar uma determinação suficientemente precisa da composi-ção da mistura de combustível. Isso vale especialmente para graus elevadosde adição de mais do que 50 % de etanol.
A partir do documento R.321066, ainda não publicado, da Depo-sitante conhece-se um processo para a determinação da composição deuma mistura de combustível formada por um primeiro combustível e por umsegundo combustível, ou para a determinação da qualidade de um combus-tível para a operação de um motor de combustão interna por meio de pelomenos um sensor de pressão de cilindro em pelo menos um cilindro do mo-tor de combustão interna para a determinação da evolução da pressão du-rante um processo de combustão e de uma regulagem de motor baseada napressão do cilindro para a regulagem da carga e da posição de combustãodo motor de combustão interna. Nesse caso, é previsto que a determinaçãoda composição da mistura de combustível ou da qualidade do combustívelocorra com base em informações do regulador da regulagem de motor ba-seada na pressão do cilindro. Além disso, é previsto o emprego do processopara a determinação da composição de uma mistura de combustível e/ou daqualidade de um combustível para a operação de um motor de combustãointerna com ignição externa e/ou com autoignição. Especialmente no casode uma operação do motor de combustão interna com carga parcial média aalta, ou seja, no caso de uma pressão indexada média maior do que (0,3mPa) 3 bar, o processo de combustão CAI torna-se instável em operaçãocom diferentes misturas de combustível sem providências adicionais. Sobessas condições, a determinação direta da composição da mistura de com-bustível com base nas informações de regulador da regulagem de motor ba-seada na pressão de cilindro só é possível com bastante imprecisão.
A invenção tem como objetivo colocar à disposição um processoe um dispositivo que possibilitem uma determinação precisa da composiçãode uma mistura de combustível formada por pelo menos dois combustíveis,para a operação de um motor de combustão interna com autoignição.
Evidência da Invenção
Vantagens da Invenção
O objetivo da invenção relativo ao processo é alcançado na me-dida em que a partir de uma grandeza que caracterize um processo de com-bustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna forma-seuma medida para a estabilidade do processo de combustão, e na medida emque a determinação da composição da mistura de combustível ocorre a par-tir da medida para a estabilidade do processo de combustão. A instabilidadeda combustão CAI é a característica essencial, por exemplo, para um altograu de adição de etanol à gasolina. Particularmente, a influência de umaadição de etanol sobre a estabilidade da combustão é nitidamente mais pro-nunciada do que sobre as características padrões da pressão indexada mé-dia pmi e da posição do centro de gravidade da combustão MFB50. A insta-bilidade da combustão, já no caso de uma carga parcial média, é tão grandeque ela já pode mais ser avaliada como aceitável. Por isso, é bastante van-tajoso um processo que identifique essa instabilidade, que daí determine ograu de adição de mistura e compense diretamente os seus efeitos.
Uma medida a ser facilmente determinada para a estabilidadeda combustão pode ser obtida devido ao fato de que como medida para aestabilidade do processo de combustão no, pelo menos um, cilindro se em-prega o desvio padrão, formado ao longo de uma quantidade predetermina-da de ciclos de combustão, da posição de um centro de gravidade de com-bustão ou o desvio padrão de uma pressão indexada média de cilindro ou odesvio padrão de um gradiente máximo de pressão no cilindro ou o desviopadrão de uma liberação de energia diferencial máxima ou o desvio padrãode uma liberação de energia integral máxima ou a relação do desvio padrãopara com o valor médio da pressão indexada média do cilindro ou umagrandeza de identificação derivada dessas grandezas respectivamente ob-servada para si ou em combinação com no mínimo duas dessas grandezas.Essas grandezas ou pelo menos uma parte dessas grandezas já estão pre-sentes no caso de um motor de combustão interna com autoignição, regula-do com base em um sinal de câmara de combustão; ou seja, não é necessá-rio nenhum componente adicional para a execução do processo. A quanti-dade dos ciclos de combustão respectivamente considerados para a avalia-ção estatística pode ser predeterminada de modo adaptado à precisão exigi-da, bem como à velocidade de avaliação requerida. Além disso, ela pode serpredeterminada em função dos parâmetros operacionais do motor de com-bustão interna. O desvio padrão das grandezas fornece uma medida diretapara a dispersão das grandezas de identificação que caracterizam a com-bustão em processos de combustão sucessivos e, com isso, uma conclusãosobre a estabilidade da combustão. No caso de uma mistura de combustívelcom um grau de adição de etanol maior do que 50 %, o desvio padrão daposição do centro de gravidade de combustão MFB50, por exemplo, no casode uma alteração da adição de etanol de 5 % pode se alterar em 1,3o de ân-gulo de manivela. Isso é bem avaliável e devido a isso é possível obter umaprecisão muito boa de identificação da composição da mistura de combustí-vel de 3 % a 5 % no caso de altos graus de adição de etanol. Além da avali-ação estatística direta das grandezas baseadas na pressão do cilindro, tam-bém podem ser avaliadas outras características e grandezas de identificaçãocorrelacionadas nitidamente com essas grandezas, para a determinação dacomposição da mistura de combustível.
As grandezas a serem avaliadas para a determinação da estabi-lidade da combustão também podem ser obtidas preferencialmente na me-dida em que a determinação das grandezas que caracterizam o processo decombustão ocorra a partir de uma determinação de uma pressão de cilindroou de uma determinação de um sinal acústico de corpo no motor de com-bustão interna ou de um número de rotações do motor de combustão internaou a partir de uma corrente de íons de uma sonda no cilindro observada res-pectivamente para si ou em combinação com no mínimo dois desses pro-cessos de medição. Nesse caso, de preferência, emprega-se aquele sensorque já é previsto para a regulagem da combustão do motor de combustãointerna com autoignição com base em um sinal de câmara de combustão.
Correspondentemente a uma variante particularmente preferidade configuração da invenção, pode ser previsto que a formação da medidapara a estabilidade do processo de combustão ocorra em pontos operacio-nais predeterminados do motor de combustão interna. Nesse sentido, a ava-liação estatística da combustão na marcha lenta possibilita condições opera-cionais bem reproduzíveis que freqüentemente ocorrem. A avaliação no ca-so de uma carga de média a alta do motor de combustão interna gera, pelocontrário, grandes diferenças avaliáveis na estabilidade da combustão nocaso de misturas de combustível com composições diferentes. É previstoque seja predeterminado um valor limite para a medida para a estabilidadedo processo de combustão, e que parâmetros operacionais do motor decombustão interna sejam ajustados de tal modo que a medida para a estabi-lidade do processo de combustão não ultrapasse o valor limite, e desse mo-do a medida obtida para a estabilidade do processo de combustão pode serempregada diretamente para a estabilização da combustão. Desse modo,por exemplo, no caso de uma elevação da instabilidade de combustão apósuma alteração da mistura por meio de um processo de abastecimento detanque, podem ser introduzidas imediatamente providências que melhorem aestabilidade a fim de compensar esse efeito.
Uma estabilização da combustão pode ser obtida na medida emque para se respeitar o valor limite para a medida para a estabilidade doprocesso de combustão é previsto um aumento de uma massa de gás resi-dual nos cilindros do motor de combustão interna ou um deslocamento pre- maturo de um valor teórico de uma regulagem da posição do centro de gra-vidade de combustão ou a introdução de uma injeção prévia de combustívelrespectivamente observada para si ou em combinação com no mínimo duasdessas providências. Todas as providências servem para o aumento detemperatura, que melhora a estabilidade, durante a fase de compressão.
Assim, por exemplo, no processo CAI com retenção de gás residual, a intro-dução de uma injeção prévia de combustível na vedação intermediária leva auma liberação de energia e, desse modo, a um aumento da temperatura dogás residual.
Se for aumentada a quantidade do gás residual quente localiza- do nos cilindros do motor de combustão interna durante as fases de com-pressão, então isso também levará a uma elevação da temperatura da mis-tura gasosa e a uma melhor introdução da combustão durante a fase decompressão. Por isso, pode ser previsto que o aumento da massa de gásresidual nos cilindros do motor de combustão interna ocorra por meio de umfechamento prematuro da respectiva válvula de escape durante o ciclo deejeção ou por meio de uma abertura por curto tempo da respectiva válvulade escape durante o ciclo de aspiração. Nos motores de combustão internacom várias válvulas de saída por cilindro, é possível controlar de modo cor-respondente todas as válvulas de escape.
A intervenção de correção para a estabilização da combustãopara a regulagem do motor de combustão interna ocorre em função da me-dida formada para a estabilidade. O nível da intervenção necessária de cor-reção é, portanto, dependente da instabilidade da combustão do motor decombustão interna e, por conseguinte, da composição da mistura de com-bustível. Por isso, em uma variante alternativa de configuração da invençãopode ser previsto que a determinação da composição da mistura de combus-tível ocorra com base na necessária intervenção de correção na regulagemdo motor de combustão interna para se respeitar o valor limite para a medidapara a estabilidade do processo de combustão.
O processo permite ser empregado, de preferência, para a de-terminação da composição de uma mistura de combustível de gasoli-na/álcool e/ou para a regulagem ou controle da estabilidade do processo decombustão de um motor de combustão interna com autoignição que operacom gasolina ou com uma mistura de combustível de gasolina/álcool.
O objetivo da invenção, no que se refere ao dispositivo, é alcan-çado devido ao fato de que o sinal de saída do sensor é fornecido como me-dida para a evolução da combustão de um sistema eletrônico de motor e lápode ser armazenado através de uma série predeterminável de ciclos decombustão; de que para a determinação de uma medida para a estabilidadeda combustão pode-se executar uma avaliação estatística das evoluções dacombustão dentro do sistema eletrônico de motor, e que a partir da medidapara a estabilidade da combustão pode-se determinar a composição da mis-tura de combustível e pode-se executar uma correção da regulagem do mo-tor de combustão interna. O armazenamento dos dados de sensor de ciclossucessivos de combustão possibilita a avaliação estatística, com base naqual se pode avaliar a estabilidade da combustão. Se for determinada a ins-tabilidade da combustão, então a partir daí se poderá executar diretamenteuma intervenção no controle, respectivamente na regulagem do motor decombustão interna para a estabilização da combustão. Para isso, o sistemaeletrônico de motor pode ser conectado diretamente com a unidade de regu-lagem do motor de combustão interna ou a unidade de regulagem é compo-nente integral do sistema eletrônico de motor. Uma adição de etanol, porexemplo, à gasolina, em função do grau de adição leva a uma alteração sig- nificativa da estabilidade de combustão. Com base em uma grandeza quedescreva a estabilidade de combustão, pode-se, portanto, chegar a umaconclusão acerca da composição da mistura de combustível. A composiçãoassim determinada da mistura de combustível pode ser colocada à disposi-ção de outras funções de aparelhos de controle, tal como, por exemplo, afunção lambda, a qual então consegue adaptar seus cálculos de modo cor-respondente. Além disso, a identificação e compensação de uma adição demetanol pode ser combinada com uma regulagem de posição de combustãobaseada na pressão do cilindro, como por exemplo com a pressão indexadamédia pmi ou com a posição do centro de gravidade de combustão MFB50servindo de grandeza de orientação.
É previsto que para a determinação da evolução da combustãoseja previsto pelo menos um sensor de pressão de cilindro ou pelo menosum sensor para a determinação do ruído do corpo do motor de combustãointerna ou pelo menos um sensor de número de rotações ou pelo menos um sensor para a determinação da corrente de íons em um cilindro; assim, épossível determinar a evolução da combustão em uma resolução temporalsuficiente. Com esses sensores é possível determinar a posição de um cen-tro de gravidade de combustão ou uma pressão indexada média de cilindroou um gradiente de pressão máximo no cilindro ou uma liberação de energiadiferencial máxima ou uma liberação de energia integral máxima. A partirdessas grandezas o sistema eletrônico de motor pode determinar, por meiode uma avaliação estatística correspondente sobre uma quantidade prede-terminada de ciclos de combustão, o respectivo desvio padrão ou também arelação do desvio padrão para com o valor médio, como por exemplo dapressão indexada média de cilindro servindo de medida para a estabilidadeda combustão. De preferência, são empregados aqueles sensores que jásão previstos para a regulagem da combustão do motor de combustão inter-na com autoignição com base em um sinal da câmara de combustão.Breve Descrição dos Desenhos
A seguir, a invenção será descrita com base no exemplo de exe-cução mostrado nas figuras. Mostra-se:
figura 1: em um primeiro diagrama, o efeito da instabilidade decombustão sobre o desvio padrão sMFB50 da posição do centro de gravida-de de combustão no caso de carga diferenciada (em pmi) de um motor decombustão interna com autoignição;
figura 2: em um segundo diagrama, a influência da composiçãodo combustível sobre a evolução de aquecimento diferencial dQ, registradaem relação ao ângulo de manivela.Formas de Execução da Invenção
A figura 1 mostra, em um primeiro diagrama 10, o efeito da ins-tabilidade da combustão sobre um desvio padrão sMFB50 11 da posição docentro de gravidade de combustão , no caso de carga diferenciada de ummotor de combustão interna com autoignição. Nesse caso, o motor de com-bustão interna é operado com gasolina ou com uma mistura de gasolina eetanol segundo o assim chamado processo CAI (CAI: Controlled Auto Igniti-on), o qual também pode ser chamado de processo HCCI a gasolina (HCCI:Homogeneous Charge Compression Ignition).
No primeiro diagrama 10, o desvio padrão sMFB50 11 em grausde ângulo de manivela está registrado em relação a uma pressão indexadamédia pmi 12 em bar. A pressão indexada média pmi 12 define a carga domotor de combustão interna no caso de um número de rotações de 2000U/min no exemplo de execução apresentado. O desvio padrão sMFB50 11da posição do centro de gravidade de combustão, no exemplo de execuçãoapresentado, acha-se determinado ao longo de 20 ciclos sucessivos decombustão. Ele representa uma medida para a estabilidade da combustão,sendo que no caso de uma combustão estável há um pequeno desvio pa-drão SMFB50 11 e no caso de uma combustão instável há uma dispersãocorrespondente grande da posição do centro de gravidade de combustão e,portanto, um grande desvio padrão sMFB50 11.No primeiro diagrama 10 são mostradas quatro curvas sMFB5020, 21, 22, 23 para diferentes combustíveis e misturas de combustível. Nes-se caso, foi determinado respectivamente o desvio padrão sMFB50 11 paraa pressão indexada média pmi 12 0,2 mPa, de 0,25 mPa e de 0,3 mPa (de 2bar, de 2, 5 bar e de 3 bar).
A curva sMFB50 S95 20 mostra a dependência do desvio pa-drão sMFB50 11 em relação à carga do motor de combustão interna para ocombustível super 95, ou seja, gasolina com uma octanagem de 95. A curvasMFB50 E50 21 mostra a mesma dependência para uma mistura de com-bustível E50 formada por 50 % de gasolina e 50 % de etanol; a curvasMFB50 E85 22 o mostra para uma mistura de combustível E85 formada por15 % de gasolina e 85 % de etanol. A curva sMFB50 E85/-4°KW 23 mostra adependência do desvio padrão sMFB50 11 em relação à pressão indexadamédia pmi 12 para uma mistura de combustível E85, sendo que nesse casocomo providência para estabilizar a combustão foi previsto um aumento dainterseção de válvul negativa de -4o de ângulo de manivela. Essa providên-cia chamada de AEVC (Exhaust Valve Closing) faz com que seja retida umadeterminada quantidade adicional de gás residual no cilindro.
Para todas as faixas de carga do motor de combustão internarevela-se um aumento do desvio padrão sMFB50 11 junto com um teor cres-cente de etanol na mistura de combustível, o que corresponde a um aumen-to da instabilidade da combustão. Além disso, para os respectivos combustí-veis revela-se um aumento do desvio padrão sMFB50 11 junto com umacarga crescente do motor de combustão interna, ou seja, com uma pressãoindexada média crescente pmi 12.
Especialmente a partir de uma carga média do motor de com-bustão interna, com uma pressão indexada média pmi 12 de 0,3 mPa (3bar), pode-se constatar uma forte dependência do desvio padrão sMFB50 11em relação à composição da mistura de combustível. Enquanto que umagasolina pura da qualidade super 95 acusa um desvio padrão sMFB50 11 decerca de 1 ° de ângulo de manivela, este aumenta no caso de uma misturade combustível E50 já para um valor de cerca de 2o de ângulo de manivela.Sem providências que melhorem a estabilidade, o desvio padrão sMFB50 11para uma mistura de combustível E85 aumenta para um valor de cerca de11° de ângulo de manivela, o que significa uma influência significativa, nãomais aceitável para a operação do motor de combustão interna, sobre a es-tabilidade da combustão. Nesse caso, no exemplo de execução selecionado,a regulagem da combustão está ativa com as grandezas de orientação pres-são indexada média pmi 12 e posição do centro de gravidade de combustãoMFB50. Um aumento do teor de etanol em 5 % entre as misturas de com-bustível E50 e E85 significa aproximadamente um aumento do desvio pa-drão MFB50 11 em 1,3o de ângulo de manivela, o que é bem detectável.
As curvas sMFB50 20, 21, 22, 23 mostram que a instabilidadecrescente da combustão CAI representa uma característica essencial de umalto grau de adição de etanol. Nesse caso, a influência da adição de etanolsobre a estabilidade da combustão é nitidamente mais acentuada do quesobre as características padrões da pressão indexada média pmi 12 ou daposição do centro de gravidade de combustão MFB50, que são empregadascomo grandezas de orientação nos conceitos convencionais de regulagempara motores de combustão interna com autoignição. Pode-se ainda consta-tar que essa instabilidade já no caso de uma carga parcial média caracteri-zada por uma pressão indexada média pmi 12 de 0,3 mPa (3 bar) é tãogrande que já não pode mais ser avaliada como aceitável. Por isso é bastan-te vantajoso um processo que identifique essa instabilidade e daí determineo grau de misturação e compense diretamente seus efeitos.
A partir da evolução da curva MFB50 E85/-40 KW 23 para umamistura de combustível E85 e um fechamento da válvula de escape anteci-pado em AEVC = -4o de ângulo de manivela em comparação com a a curvasMFB50 E85 22 constata-se ainda que a interseção de válvula negativa coma maior quantidade de gás residual assim obtida no cilindro produz uma me-lhora nítida da estabilidade de combustão. Alternativamente, para a estabili-zação da combustão também se pode reaspirar gás residual por meio deuma abertura breve da válvula de escape durante a fase de aspiração.
A figura 2 mostra, em um segundo diagrama 30, a influência dacomposição do combustível sobre a evolução de aquecimento diferencial dQ31, aqui também para um motor de combustão interna com autoignição ope-rado pelo processo CAI com regulagem ativa de combustão. Nesse caso,como combustível é prevista a gasolina ou uma mistura de gasolina e etanol.
É mostrada a evolução de aquecimento diferencial dQ 31 emjoule por grau de ângulo de manivela em relação ao ângulo de manivela emgraus de ângulo de manivela. A evolução de aquecimento diferencial dQ 31pode ser calculada a partir de uma evolução de pressão de cilindro medida erepresenta uma medida para a liberação de energia por grau de ângulo de10 manivela.
O segundo diagrama 30 contém cinco curvas dQ 40, 41, 42, 43,44 que mostram a dependência da evolução de aquecimento diferencial dQ31 em relação ao ângulo de manivela 32 para diferentes combustíveis e mis-turas de combustível, bem como para diferentes providências que estabili-zem a estabilidade da combustão. Nesse caso, os valores individuais dascurvas dQ 40, 41, 42, 43, 44 são obtidos através de 20 ciclos de combustão.
A curva dQ S95 40 mostra a evolução de aquecimento diferenci-al dQ 31 em função do ângulo de manivela 32 para gasolina da qualidadesuper 95. Frente a isso, na curva dQ E50 41 acha-se representada a evolu-ção de aquecimento diferencial dQ 31 para uma mistura de combustível E50,ou seja, 50 % de gasolina e 50 % de etanol, e na curva dQ E85 42 a evolu-ção de aquecimento diferencial dQ 31 para uma mistura de combustível E85,ou seja, 15 % de gasolina e 85 % de etanol.
A curva dQ E85/-40 KW 43 representa a evolução de aquecimen-to diferencial dQ 31 para uma mistura de combustível E85 na operação domotor de combustão interna com um aumento da interseção de válvula ne-gativa de -4o como uma providência que melhora a estabilidade da combus-tão, enquanto que a curva dQ E85/-80 KW 44 é mantida no caso de um au-mento da interseção de válvula negativa de -8o.
As evoluções da curva dQ S95 40, da curva dQ E50 41 e dacurva dQ E85 42 mostram o efeito de um grau crescente de adição de etanolsobre a evolução de aquecimento diferencial dQ 31. Pode-se constatar niti-damente a combustão menos localizada, mais propagada no meio, no casoda mistura de combustível E85 em comparação com o combustível super 95.Isso se revela na evolução da curva dQ E85 42 expandida por uma faixamaior de ângulo de manivela, em comparação com a curva dQ S95 40 ecom o menor pronunciamento do valor máximo no caso da curva dQ E85 42.A curva dQ E50 41 situa-se entre as duas curvas dQ S95 40 e dQ E85 42. Oresultado corresponde à avaliação estatística do desvio padrão sMFB50 11,tal como é mostrado na figura 1.
Por meio de providências que melhoram a estabilidade, como noexemplo de execução a retenção reforçada de gás residual por meio de umfechamento prematuro da válvula de escape em -4o de ângulo de manivelacorrespondentemente à curva dQ E85/-40 KW 43 ou em -8o de ângulo demanivela correspondentemente à curva dQ E85/-80 KW 44, é possível apro-ximar a evolução de aquecimento novamente à curva original dQ S95 40para gasolina pura.
A partir das correlações mostradas nas figuras 1 e 2 constata-seque com base em uma avaliação estatística de grandezas característicasque caracterizam a combustão é possível obter uma medida para a estabili-dade da combustão, a qual se acha correlacionada fortemente com a com-posição da mistura de combustível e pode ser avaliada com facilidade. Issopossibilita, por um lado, a determinação da composição da mistura de com-bustível e, por outro lado, a introdução de providências que estabilizem aestabilidade da combustão.
O processo se baseia na presença de uma mensagem de retor-no a partir de pelo menos uma câmara de combustão do motor de combus-tão interna, tal como pode ser obtida por meio da medição da pressão decilindro, de um sinal de ruído de corpo, do número de rotações do motor decombustão interna ou de um sinal de corrente de íons.
Com base no sinal recebido determina-se no mínimo uma carac-terística que caracteriza a combustão, a qual é avaliada estatisticamente porvários ciclos de combustão, a fim de se obter uma característica que carac-terize a estabilidade da combustão.Características que caracterizem a estabilidade da combustãosão, por exemplo, as características baseadas ba pressão de cilindro:
- desvio padrão da posição do centro de gravidade de combus-tão MFB50;
- desvio padrão da pressão indexada média pmi
- desvio padrão do gradiente de pressão máximo dpmax;
- desvio padrão da liberação de energia diferencial máxima dQ-max;
- desvio padrão da liberação de energia integral máxima dQmaxou características daí derivadas, tal como a relação entre o desvio padrão eo valor médio da pressão indexada média pmi.
Também apropriadas são as grandezas calculadas a partir dossinais da medição da pressão de cilindro, do sinal de ruído de corpo, do nú-mero de rotações do motor de combustão interna ou do sinal da corrente deíons, as quais estão correlacionadas nitidamente com as característicasmencionadas baseadas na pressão de cilindro.
Se, por exemplo, após um enchimento de tanque for constatadoum aumento da instabilidade de combustão em um ponto de operação CAI,então será possível introduzir imediatamente providências que melhorem aestabilidade, a fim de compensar esse efeito. Para isso são apropriados, porexemplo, um aumento da massa de gás residual quente através de um fe-chamento prematuro da válvula de escape, um deslocamento prematuro dovalor teórico de uma regulagem MFB50 ou a introdução de uma quantidadede pré-injeção que leve, na condensação intermediária, a uma liberação deenergia e, por conseguinte, a uma elevação da temperatura do gás residual.
Isso pode ocorrer no sentido de uma regulagem, na qual o valorteórico seja um valor máximo para a característica de instabilidade, comopor exemplo o desvio padrão sMFB50 11 da posição do centro de gravidadede combustão, ou no sentido de um controle. No caso de uma regulagem, aidentificação também pode ocorrer indiretamente, ou seja, não a partir doaumento da característica de instabilidade, mas sim do nível da intervençãonecessária de correção.A composição detectada da mistura de combustível pode sercolocada à disposição de outras funções de aparelhos de controle, como porexemplo a função lambda, que a partir daí pode adaptar correspondente-mente os seus cálculos.
Além disso, também é possível combinar a identificação e acompensação da composição da mistura de combustível com uma regula-gem de posição de combustão baseada na pressão de cilindro, como porexemplo com a pressão indexada média pmi 12 e com a posição do centrode gravidade de combustão MFB50 como grandezas de orientação.

Claims (11)

1. Processo para a determinação da composição de uma misturade combustível formada por um primeiro combustível e por pelo menos umsegundo combustível, para a operação de um motor de combustão internacom autoignição, com pelo menos um sensor que determina a evolução dacombustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna, ca-racterizado pelo fato de que a partir de uma grandeza que caracteriza umprocesso de combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustãointerna é formada uma medida para a estabilidade do processo de combus-tão, e pelo fato de que a determinação da composição da mistura de com-bustível ocorre a partir da medida para a estabilidade do processo de com-bustão.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que como medida para a estabilidade do processo de combustão no,pelo menos um, cilindro emprega-se o desvio padrão da posição de um cen-tro de gravidade de combustão formado ao longo de uma quantidade prede-terminada de ciclos de combustão, ou o desvio padrão de uma pressão decilindro indexada média ou o desvio padrão de um gradiente de pressão má-ximo no cilindro ou o desvio padrão de uma liberação de energia diferencialmáxima ou o desvio padrão de uma liberação de energia integral máxima oua relação entre o desvio padrão e o valor médio da pressão de cilindro inde-xada média ou uma grandeza característica derivada dessas grandezas,respectivamente consideradas para si ou em combinação de no mínimo du-as dessas grandezas.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a determinação das grandezas que caracterizam o proces-so de combustão ocorre a partir de uma determinação de uma pressão decilindro ou de uma determinação de um sinal de ruído de corpo no motor decombustão interna ou de um número de rotações do motor de combustãointerna ou a partir de uma corrente de íons de uma sonda no cilindro, res-pectivamente consideradas para si ou em combinação de pelo menos doisdesses processos de medição.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a formação da medida para a estabili-dade do processo de combustão ocorre em pontos de operação predetermi-nados do motor de combustão interna.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que se predetermina um valor limite para amedida para a estabilidade do processo de combustão e que parâmetrosoperacionais do motor de combustão interna são estabelecidos de tal modoque a medida para a estabilidade do processo de combustão não ultrapasseo valor limite.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que para se respeitar o valor limite para a medida para a estabilidadedo processo de combustão é previsto um aumento de uma massa de gásresidual nos cilindros do motor de combustão interna ou um deslocamentoprematuro de um valor teórico de uma regulagem da posição de um centrode gravidade de combustão ou uma introdução de uma pré-injeção de com-bustível, considerados respectivamente por si ou em combinação de no mí-nimo duas dessas providências.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o aumento da massa de gás residual nos cilindros do motor decombustão interna ocorre através de um fechamento prematuro da respecti-va válvula de escape durante o ciclo de ejeção ou através de uma aberturabreve da respectiva válvula de escape durante o ciclo de aspiração.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que a determinação da composição da misturade combustível ocorre com base na necessária intervenção de correção naregulagem do motor de combustão interna para se respeitar o valor limitepara a medida para a estabilidade do processo de combustão.
9. Aplicação do processo como definido em qualquer uma dasreivindicações anteriores para a determinação da composição de uma mistu-ra de combustível de gasolina/álcool e/ou para a regulagem ou controle daestabilidade do processo de combustão de um motor de combustão internacom autoignição, operado com gasolina ou com uma mistura de gasoli-na/álcool.
10. Dispositivo para a determinação da composição de uma mis-tura de combustível formada por um primeiro combustível e por pelo menosum segundo combustível para a operação de um motor de combustão inter-na com autoignição, com um mecanismo de válvula variável ou semivariávelpara o ajuste variável das aberturas de válvula em relação ao ângulo de ma-nivela e para o ajuste variável da seção transversal de abertura das válvulas,com uma injeção direta para a dosagem da mistura de combustível, compelo menos um sensor para a determinação da evolução da combustão empelo menos um cilindro do motor de combustão interna e com uma unidadede regulagem para a regulagem do motor de combustão interna com baseno sinal de saída do sensor, caracterizado pelo fato de que o sinal de saídado sensor como medida para a evolução da combustão é fornecido a umsistema eletrônico de motor e lá é armazenável ao longo de uma quantidadepredeterminada de ciclos de combustão; que para a determinação de umamedida para a estabilidade da combustão pode-se executar uma avaliaçãoestatística das evoluções de combustão dentro do sistema eletrônico de mo-tor, e que a partir da medida formada para a estabilidade da combustão po-de-se determinar a composição da mistura de combustível e pode-se execu-tar uma correção da regulagem do motor de combustão interna.
11. Motor de combustão interna como definido na reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que para a determinação da evolução dacombustão é previsto pelo menos um sensor de pressão de cilindro ou pelomenos um sensor para a determinação do ruído de corpo do motor de com-bustão interna ou pelo menos um sensor de número de rotações ou pelomenos um sensor para a determinação da corrente de íons em um cilindro.
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