BRPI1003164A2

BRPI1003164A2 - processo e dispositivo para a determinaÇço da composiÇço de uma mistura de combustÍvel para a operaÇço de uma mÁquina de combustço interna

Info

Publication number: BRPI1003164A2
Application number: BRPI1003164-2A
Authority: BR
Inventors: Martin Klenk; Stephan Uhl; Jens Wagner
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-12-25
Also published as: DE102009028327A1

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇçO DA COMPOSIÇçO DE UMA MISTURA DE COMBUSTÍVEL PARA A OPERAÇçO DE UMA MÁQUINA DE COMBUSTçO INTERNA. A presente invenção refere-se a um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível composta de um primeiro combustível e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, sendo que, a uma unidade de controle é conduzido um sinal de partida de uma sonda de lambda de banda larga disposta em um canal de gases de exaustão da máquina de combustão interna. De acordo com a invenção está previsto que, a composição da mistura de combustível seja determinada a partir do traçado de uma curva característica da corrente de bombeamento da sonda de lambda de banda larga, em função do valor de lambda do gás de exaustão, O gás de exaustão proveniente de uma combustão de uma mistura de combustível contendo etanol apresenta uma relação maior de hidrogénio para monóxido de carbono que o gás de exaustão proveniente de uma combustão de gasolina pura. É possível uma determinação da composição da mistura de combustível, uma vez que no caso de lambda = 1 a corrente de bombeamento da sonda de lambda de banda larga depende somente de modo muito insignificante da composição da mistura de combustível, no caso de valores de lambda menores, contudo, a dependência é substancialmente maior e depende da relação de hidrogênio para monóxido de carbono. É vantajoso que, para a determinação do valor da composição possa ser recorrido a uma sonda de lambda de banda larga existente, e que não sejam necessários outros componentes, de tal modo que somente é necessária uma adaptação de software correspondente no aparelho de controle da máquina de combustão interna. Com isso, os custos para um sensor do tipo de combustível separado podem ser suprimidos e também seu monitoramento sobre o funcionamento correto pode ser suprimido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DE UMA MISTURA DE COMBUSTÍVEL PARA A OPERAÇÃO DE UMA MÁQUINA DE COMBUSTÃO INTERNA".

Descrição

Estado da técnica

A presente invenção refere-se a um processo para a determina- ção da composição de uma mistura de combustível composta de um primei- ro combustível e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, sendo que, a uma unidade de con- trole é conduzido um sinal de partida de uma sonda de Iambda de banda larga disposta em um canal de gases de exaustão da máquina de combus- tão interna.

A presente invenção refere-se, além disso, a um dispositivo para a determinação da composição de uma mistura de combustível a partir de um primeiro combustível e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, sendo que, á máquina de combustão interna está coordenada uma unidade de controle, e sendo que, em um canal de gases de exaustão da máquina de combustão interna está disposta uma sonda de Iambda de banda larga.

Máquinas de combustão interna com base em motores a gasoli- na, em geral, são operadas com um combustível de hidrocarbonetos, com- posto de combustíveis fósseis com base em petróleo refinado. A este com- bustível, cada vez mais, é adicionado álcool produzido a partir de matérias- primas renováveis (plantas), por exemplo, etanol ou metanol em relações de mistura diferentes. Nos USA e na Europa, em geral é empregada uma mis- tura de 70% a 85% de etanol e de 15 a 30% de gasolina com a designação de E85. As máquinas de combustão interna são projetadas, de tal modo que, elas podem ser operadas tanto com gasolina pura, como também com misturas de até E85; isto é designado como "operação com combustível flex". Para uma operação econômica com uma baixa emissão de substân- cias tóxicas nocivas com uma simultânea alta potência do motor e bom comportamento de arranque, os parâmetros de operação na operação com combustível flex precisam ser adaptados respectivamente, à mistura de combustível existente. Se, por exemplo, existir uma relação estequiométrica de ar e combustível com 14,7 partes de peso de ar por parte de gasolina, no emprego de etanol puro, contudo, precisa ser ajustada uma parte de ar de 9 partes de peso. Além disso, para uma combustão otimizada o ângulo de ignição da máquina de combustão interna deve ser adaptado à relação de mistura. Em virtude das propriedades de evaporação distintas do etanol e da gasolina durante o arranque da máquina de combustão interna, em função da relação de mistura devem ser predeterminados fatores de enriquecimen- to diferentes. Os limites de diagnóstico a serem empregados para o diag- nóstico característico da máquina de combustão interna, o denominado di- agnóstico de bordo (OBD) dependem, do mesmo modo, da composição da mistura de combustível. Por isto, o conhecimento da relação de mistura de combustível disponível é de importância decisiva para a operação da má- quina de combustão interna.

Para a determinação da composição da mistura de combustível podem ser empregados diversos sensores do tipo de combustível, também designados como "sensores de composição de combustível". Os sensores do tipo de combustível aproveitam as diferentes propriedades dos combustí- veis empregados, por exemplo, do álcool e da gasolina, para a determina- ção da composição do combustível. Deste modo, por exemplo, o etanol é um solvente prótico, que contém íons de hidrogênio e apresenta uma cons- tante dielétrica grande, porém dependente do teor de água. A gasolina, pelo contrário, é um solvente aprótico com uma constante dielétrica pequena. Com base nisto, existem sensores do tipo de combustível, os quais determi- nam a composição de combustível por meio das propriedades dielétricas da mistura de combustível. Outros sensores do tipo de combustível aproveitam a condutibilidade elétrica ou as propriedades ópticas distintas dos combustí- veis como, por exemplo, os diferentes índices de refração. Neste caso, é desvantajoso o fato de que, através do emprego de sensores do tipo de combustível, os custos do sistema são aumentados. Uma outra desvanta- gem reside no fato que, de acordo com as normas existentes, a correta ca- pacidade de funcionamento dos sensores do tipo de combustível precisa ser monitorada, o que exige um dispêndio adicional.

Da patente DE 41 17 440 C2 é conhecido um processo para o ajuste adaptativo de uma mistura de ar e combustível para a consideração de propriedades do combustível na operação de uma máquina de combus- tão interna, que apresenta um regulador de lambda, que fornece um fator de regulagem RF1 e que apresenta um integrador de adaptação, que fornece um fator de adaptação AF com velocidade de adaptação variável, que ao lado do fator de regulagem RF, influencia o ajuste da mistura de ar e com- bustível. Neste caso, está previsto que, é testado se a amplitude de desvio da regulagem de lambda ultrapassa um primeiro valor limite e, se este for o caso, se a velocidade de adaptação é fixada em um valor aumentado até que uma condição predeterminada seja preenchida, após o que é reduzida a marcha para uma velocidade de adaptação baixa.O processo baseado nisso é conhecido como adaptação de combustível.

A adaptação de combustível possibilita operar, sem interferên- cia, máquinas de combustão interna, que podem ser operadas com diferen- tes combustíveis. Assim, por exemplo, o tempo de injeção durante uma tro- ca de um combustível de gasolina para uma mistura de combustível de 85% de etanol e 15% de gasolina precisa ser prolongado em torno de mais que 40%, a fim de manter os mesmos valores de lambda no gás de exaustão. Isto está fundamentado na diferente necessidade de ar para uma combus- tão estequiométrica. De acordo com o processo descrito no requerimento de patente DE 41 17 440 C2, para isso, é realizada uma intervenção de adap- tação correspondente. Uma vez que durante uma troca de combustível, em comparação com a compensação de influências de envelhecimento ou in- fluências de produção, precisa ser realizada a correção muito rigorosa dos tempos de injeção e, com isso, da intervenção de adaptação, no processo sugerido a velocidade de adaptação aumenta sensivelmente durante uma troca de combustível reconhecida.

Um reabastecimento repetido de pequenas quantidades de combustível ou uma influência da determinação do nível de enchimento por um veículo que está inclinado, contudo, podem levar a uma adaptação errô- nea do valor de etanol e, com isso, também dificultar uma adaptação correta dos limites de diagnóstico para o diagnóstico de bordo. Também uma mistu- ra insuficiente dos componentes do combustível pode ter uma influência in- terferente sobre a adaptação.

As sondas de Iambda de banda larga, como as que são empre- gadas para a determinação do valor de Iambda do gás de exaustão no canal de gases de exaustão de uma máquina de combustão interna são conheci- das, por exemplo, da patente DE 102 16 724 C1. Uma corrente de bombe- amento de uma sonda de Iambda de banda larga desse tipo apresenta uma dependência do valor de Iambda do gás de exaustão, que é utilizada para a determinação desse valor de lambda; a dependência é registrada em uma curva característica da corrente de bombeamento da sonda de lambda de banda larga. Sondas de lambda de banda larga apresentam um elemento de difusão, através do qual, diversos tipos de gás são difundidos com rapi- dez diferente; ocorre um denominado deslocamento de difusão. Dependen- do da mistura de gases de exaustão, esse deslocamento de difusão leva a um deslocamento perceptível da curva característica da corrente de bombe- amento da sonda de lambda de banda larga de uma curva característica nominal, como a que é definida em um estágio de teste de gás. Para uma determinação precisa do valor de lambda precisam ser considerados esses desvios.

Da patente DE 10 2005 050 269 A1 é conhecido um processo para a determinação do valor de lambda com uma sonda de lambda de banda larga de uma máquina de combustão interna de um veículo automo- tor, no qual a partir de uma corrente de bombeamento medida e das sensibi- lidades da sonda de lambda de banda larga em relação aos gases detecta- dos, bem como, às relações de concentração de gás na operação pobre são determinados uma concentração de oxigênio e na operação lubrificada, um déficit de oxigênio, e disso, respectivamente, é concluído sobre o valor de lambda. Sem dúvida, o processo de acordo com a patente DE 10 2005 050 269 A1 não pode concluir sobre a composição de uma mistura de combustí- vel; essa composição é pressuposta como conhecida.

Por isso, é tarefa da invenção preparar um processo, o qual possibilite uma determinação confiável de uma composição de uma mistura de combustível sem o emprego de um sensor do tipo de combustível.

Além disso, é tarefa da invenção disponibilizar um dispositivo correspondente para a realização do processo.

Descrição da invenção

A tarefa referente ao processo é solucionada, pelo fato de que, a composição da mistura de combustível é determinada a partir do traçado de uma curva característica da corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga, em função do valor de Iambda do gás de exaustão. O gás de exaustão proveniente de uma combustão de uma mistura de com- bustível contendo etanol apresenta uma relação maior de hidrogênio para monóxido de carbono que o gás de exaustão proveniente de uma combus- tão de gasolina pura. É possível uma determinação da composição da mis- tura de combustível, uma vez que no caso de Iambda = 1 a corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga depende somente de modo muito insignificante da composição da mistura de combustível, no ca- so de valores de Iambda menores, contudo, a dependência é substancial- mente maior e depende da relação de hidrogênio para monóxido de carbo- no. É vantajoso que, para a determinação do valor da composição possa ser recorrido a uma sonda de Iambda de banda larga existente, e que não se- jam necessários outros componentes, de tal modo que somente é necessá- ria uma adaptação de software correspondente no aparelho de controle da máquina de combustão interna. Com isso, os custos para um sensor do tipo de combustível separado podem ser suprimidos e também seu monitora- mento sobre o funcionamento correto pode ser suprimido. O valor da deter- minação de acordo com a invenção da composição da mistura de combustí- vel pode ser compensado com valores de outros métodos de determinação, de tal modo que, a confiabilidade do processo possa ser aperfeiçoada adi- cionalmente. Um aperfeiçoamento da exatidão do processo é obtido pelo fato de que, durante a determinação da mistura de combustível, a partir do tra- çado de uma curva característica da corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga é considerado o estado de operação da máquina de combustão interna.

Se o valor de Iambda do gás de exaustão da máquina de com- bustão interna de Iambda = 1 for alterado para um valor menor que 1, a par- tir do traçado de uma corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga pode ser determinada a composição da mistura de combustível em função do valor de Iambda do gás de exaustão, uma vez que, no caso de Iambda = 1 a corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga depende somente de modo muito insignificante da composição da mis- tura de combustível, no caso de valores de Iambda menores, contudo, a de- pendência é substancialmente maior. A tarefa referente ao dispositivo é solucionada, pelo fato de que,

na unidade de controle da máquina de combustão interna está prevista uma primeira seqüência de programa, que altera o valor de Iambda do gás de exaustão de Iambda = 1 para um valor menor que Iambda = 1, e pelo fato de que, na unidade de controle está prevista uma segunda seqüência de pro- grama para a derivação da composição da mistura de combustível a partir de uma avaliação de uma corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga. É possível uma determinação da composição da mistura de combustível, uma vez que no caso de Iambda = 1 a corrente de bombea- mento da sonda de Iambda de banda larga depende somente de modo mui- to insignificante da composição da mistura de combustível, no caso de valo- res de Iambda menores, contudo, a dependência é substancialmente maior. A primeira seqüência de programa realiza uma denominada "excursão do tempo de injeção" para tempos de injeção mais longos, e com isso, para uma relação de combustível e ar mais baixa. No caso de uma relação de combustível e ar de, por exemplo, 0,8 as diferenças provocadas pela com- posição da mistura de combustível na corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga já são tão grandes que elas podem ser emprega- das para a determinação da composição. Na segunda seqüência de pro- grama, por exemplo, com base em um campo característico depositado na unidade de controle, com base na corrente de bombeamento, levando em consideração os parâmetros de operação da máquina de combustão interna é determinada a composição da mistura de combustível, em particular, de seu teor de etanol.

De modo vantajoso, são empregados o processo ou o dispositi- vo para a determinação da composição de uma mistura de combustível constituída de gasolina e de álcool, de preferência, de uma mistura de com- bustível constituída de gasolina e de etanol, uma vez que, com isso, a com- posição pode ser determinada sem o emprego de um sensor do tipo de combustível, e sem os custos ligados com isso.

A invenção será esclarecida, a seguir, com auxílio de um exem- plo de execução representado na figura. É mostrado: na figura 1 um diagrama com curvas características de uma

sonda de Iambda de banda larga.

A figura 1 mostra em um diagrama 10, o trajeto de uma corrente de bombeamento de uma sonda de Iambda de banda larga em um canal de gases de exaustão de uma máquina de combustão interna com alteração de um valor de Iambda do gás de exaustão no canal de gases de exaustão. Ao longo de um primeiro eixo 11 é assinalada uma corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga em microamperes, ao longo de um se- gundo eixo 14 é assinalado o valor de Iambda do gás de exaustão no canal de gases de exaustão da máquina de combustão interna. Se a máquina de combustão interna for operada com gasolina, ajusta-se uma primeira curva característica da corrente de bombeamento 12, que descreve a conexão entre o valor de Iambda e a corrente de bombeamento. Se a máquina de combustão interna for operada com etanol, ajusta-se uma segunda curva característica da corrente de bombeamento 13, na qual com o mesmo valor de Iambda é necessária uma corrente de bombeamento negativa mais forte que na operação com gasolina. Com um valor de Iambda de 1, a primeira curva característica da corrente de bombeamento 12 e a segunda curva ca- racterística da corrente de bombeamento 13 indicam uma corrente de bom- beamento aproximadamente igual. Com Iambda mais baixo, o valor da cor- rente de bombeamento de acordo com a primeira curva característica da corrente de bombeamento 12, pelo contrário, é consideravelmente mais alto que o valor da corrente de bombeamento de acordo com a segunda curva característica da corrente de bombeamento 13. Se a máquina de combustão interna for operada com uma mistura de combustível constituída de gasolina e etanol, os valores da corrente de bombeamento se situam entre as duas curvas características. Além disso, ao lado de sua dependência do valor de Iambda do gás de exaustão, a corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga mostra também uma dependência do estado de ope- ração da máquina de combustão interna. Essa dependência, por exemplo, do número de rotações da máquina de combustão interna pode ser levada em consideração em uma posição alterada das curvas características da corrente de bombeamento 12, 13.

Partindo de um valor de Iambda de 1, de acordo com a inven- ção, com auxílio de um controle da máquina de combustão interna é reali- zada uma denominada "excursão do tempo de injeção", na qual de modo visado, é chegado a um valor de Iambda menor que 1 e, neste caso, é me- dida a corrente de bombeamento. Do valor da corrente de bombeamento, levando em consideração o estado de operação da máquina de combustão interna, pode ser concluído sobre a composição da mistura de combustível.

Claims

1. Processo para a determinação da composição de combustível de uma mistura de combustível composta de um primeiro combustível e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, sendo que, a uma unidade de controle é conduzido um sinal de partida de uma sonda de Iambda de banda larga disposta em um canal de gases de exaustão da máquina de combustão interna, caracte- rizado pelo fato de que, a composição da mistura de combustível é determi- nada a partir do traçado de uma curva característica da corrente de bombe- amento (12, 13) da sonda de Iambda de banda larga em função do valor de Iambda do gás de exaustão.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, durante a determinação da mistura de combustível, a partir do traçado de uma curva característica da corrente de bombeamento (12, 13) da sonda de Iambda de banda larga é considerado o estado de operação da máquina de combustão interna.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, o valor de Iambda do gás de exaustão da máquina de combustão interna de Iambda = 1 é alterado para um valor menor que 1 e, pelo fato de que, a partir do traçado de uma corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga é determinada a composição da mistura de combustível em função do valor de Iambda do gás de exaustão.

4. Dispositivo para a determinação da composição de uma mis- tura de combustível composta de um primeiro combustível e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combus- tão interna, sendo que, à máquina de combustão interna está coordenada uma unidade de controle, e sendo que, em um canal de gases de exaustão da máquina de combustão interna está disposta uma sonda de Iambda de banda larga, caracterizado pelo fato de que, na unidade de controle da má- quina de combustão interna está prevista uma primeira seqüência de pro- grama, que altera o valor de Iambda do gás de exaustão de Iambda = 1 para um valor menor que Iambda = 1, e pelo fato de que, na unidade de controle está prevista uma segunda seqüência de programa para a derivação da composição da mistura de combustível a partir de uma avaliação de uma corrente de bombeamento da sonda de Iambda de banda larga.

5. Uso do processo como definido em qualquer uma das reivid- nicações 1 a 3 ou do dispositivo como definido na reividnicação 4, para a determinação da composição de uma mistura de combustível constituída de gasolina e de álcool, de preferência, de uma mistura de combustível consti- tuída de gasolina e de etanol.