BR102014031629A2 - processo de controle de um motor de combustão e unidade de controle de motor - Google Patents

Abstract

processo de controle de um motor de combustão e unidade de controle de motor. a presente invenção refere-se a um processo de controle de um motor de combustão munido de um sensor de temperatura de gases de escape (20) e cujo ao menos um combustível é gás natural comprimido contido em um tanque (12) munido de um sensor de pressão (21). logo depois de detectar um evento de abastecimento do dito tanque (12), o processo inclui as seguintes etapas: - comparar a temperatura captada pelo sensor de temperatura de gases de escape (20) com a temperatura teórica esperada para esse sensor; - determinar uma classe de qualidade para o gás natural em função do resultado da comparação; - aplicar uma revisão ao controle do motor em função da dita classe de qualidade determinada para o gás natural. a presente invenção também se refere a uma unidade de controle de motor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE CONTROLE DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO E UNIDADE DE CONTROLE DE MOTOR".

[001] A presente invenção refere-se ao ramo tecnológico do controle dos motores de combustão interna cujo ao menos um dos combustíveis é gás natural comprimido. A invenção visa um ótimo controle do motor mesmo em caso de mudança da qualidade do gás que é utilizado como combustível.

[002] Os motores alimentados com gás natural geram um bom rendimento e baixas emissões de escape quando a mistura ar-combustível apresenta uma boa ignição, uma taxa de combustão ideal, uma alta resistência à detonação, e um conteúdo de energia suficiente.

[003] Ao utilizar o gás natural como combustível, as seguintes propriedades são importantes em relação ao rendimento do motor: densidade, índice de Wobbe, estequiometria, resistência à detonação.

[004] Estas propriedades do gás estão ligadas à composição química do gás. Portanto, variações na composição do gás implicam em variações nas propriedades dele e têm um efeito sobre o rendimento, a resistência à detonação e as emissões de escape dos veículos a gás natural, especialmente se o controle do motor é otimizado para o máximo rendimento e eficiência com um gás de composição fixa e se não está equipado com meios para ajustar o controle do motor a gases de diferentes composições.

[005] A composição do gás natural não é constante. Ela pode a-presentar variações em função, em particular, das áreas de origem do gás. A composição do gás de uma determinada área de origem também pode variar ao longo do tempo.

Descrição do estado da técnica [006] O documento WO 2010/139572 descreve um método e um dispositivo para alimentar um motor diesel com óleo diesel e com gás.

[007] O documento WO 2011/002353 descreve um método de controle para um motor bicombustível munido de um sensor específico para medir a qualidade do combustível.

Breve descrição da invenção [008] O propósito da presente invenção é de melhorar os processos e os dispositivos conhecidos.

[009] Com esse efeito, a invenção está relacionada com um processo de controle de um motor de combustão munido de um sensor de temperatura de gases de escape e cujo ao menos um combustível é gás natural comprimido contido em um tanque munido de um sensor de pressão. Logo depois de detectar um evento de abastecimento do dito tanque, o processo inclui as seguintes etapas: [0010] - comparar a temperatura captada pelo sensor de temperatura de gases de escape com a temperatura teórica esperada para esse sensor;

[0011] - determinar uma classe de qualidade para o gás natural em função do resultado da comparação;

[0012] - aplicar uma revisão pelo controle do motor em função da dita classe de qualidade determinada para o gás natural.

[0013] Outro objeto da invenção é uma unidade de controle de motor para a execução do processo como definido acima, e que inclui um módulo de previsão adaptado para determinar a temperatura teórica esperada para o sensor de temperatura de gases de escape.

[0014] A invenção permite um ótimo controle do motor com qualquer qualidade de gás natural. O caso típico ocorre quando o veículo é abastecido com gás natural de qualidade diferente. A invenção permite detectar essa qualidade diferente do gás e realizar uma correlação com um determinado abastecimento feito.

[0015] A classificação do gás natural em função de sua qualidade proporciona uma informação confiável para adaptar o controle do mo- tor a esse gás particular.

[0016] As variações no poder calorífico e na resistência à detonação podem ser detectadas para diferentes abastecimentos. A revisão aplicada pelo controle do motor em função da classe de qualidade do gás natural garante um rendimento ótimo e também uma proteção do motor contra a detonação.

[0017] A invenção permite a identificação de alterações nas propriedades do gás natural sem recorrer a sensores específicos e complexos, usando ao invés a informação já disponível nos sistemas usuais de controle de motores, ou seja, a informação medida por um sensor de temperatura, cuja função e durabilidade são bem conhecidas.

[0018] O processo de controle de um motor e a unidade de controle de motor podem ademais incluir uma das características opcionais seguintes, ou um conjunto dessas características combinadas.

[0019] A detecção do evento de abastecimento do dito tanque é realizada com o sensor de pressão do tanque.

[0020] A detecção do evento de abastecimento do dito tanque é realizada por meio das seguintes etapas: memorizar a pressão no tanque quando o motor está parado; e detectar um aumento de pressão no tanque logo que o motor arranque de novo.

[0021] A temperatura teórica esperada para o sensor de temperatura de gases de escape é determinada por meio de uma operação de cálculo computacional.

[0022] A operação de cálculo computacional inclui a utilização de um modelo computacional do motor.

[0023] A operação de cálculo computacional inclui a utilização de um mapa de controle de motor.

[0024] A etapa de determinar uma classe de qualidade para o gás natural é relativa a uma classificação descontínua.

[0025] A etapa de determinar uma classe de qualidade para o gás natural é relativa a uma classificação contínua.

[0026] A etapa de aplicar uma revisão pelo controle do motor inclui uma correção dos parâmetros de controle de motor.

[0027] A etapa de aplicar uma revisão pelo controle do motor inclui a aplicação de um mapa de controle do motor ligado à classe de qualidade do gás natural.

[0028] O processo inclui uma etapa adicional de detecção da quantidade de gás inerte no gás natural com base nas informações provindas do sensor lambda.

[0029] O processo é aplicado a um motor bicombustível alimentado por óleo diesel e gás natural comprimido.

[0030] A unidade de controle de motor inclui um módulo eletrônico de controle de gás controlando injetores de gás natural comprimido, e um módulo eletrônico de controle de diesel controlando injetores de óleo diesel, que podem comunicar um com o outro.

[0031] Motores bicombustível alimentados com óleo diesel e gás natural exigem, para garantir a plena função quando trabalham somente com diesel, manter, a taxa de compressão típica de motores diesel. Com isto, estes ditos motores tornam-se mais sensíveis à presença de hidrocarbonetos mais pesados (butano e propano, por exemplo) na composição do gás natural utilizado. A presença de hidrocarbonetos pesados reduz a temperatura de autoignição do gás natural aumentando assim a tendência de fenômenos como detonação e pré-ignição os quais são nocivos aos motores de combustão interna. Desta forma, a invenção é especialmente vantajosa quando aplicada a um motor bicombustível alimentado com óleo diesel e gás natural já que esse tipo de motor é mais sensível à variação de qualidade do gás natural. Descrição resumida das figuras [0032] A invenção é explicada abaixo pela descrição de um modo preferido de realização, dado como exemplo, em referência às figuras, nas quais: [0033] - a figura 1 é uma representação esquemática de um motor de combustão adaptado para a implementação da invenção;

[0034] - a figura 2 é um fluxograma ilustrando as etapas de um processo de controle de motor de acordo com a invenção.

Descrição detalhada das figuras [0035] O presente exemplo de realização preferido é relacionado a um motor bicombustível óleo diesel - gás natural comprimido.

[0036] O funcionamento desse tipo de motor é baseado no uso de uma injeção piloto de óleo diesel como um substituto para a centelha dos motores de ciclo Otto. O gás natural é introduzido no motor em conjunto com o ar através do conduto de admissão.

[0037] No ciclo de admissão, o gás natural misturado com o ar flui para dentro do cilindro através das válvulas de admissão. No ciclo de compressão, a mistura resultante é comprimida e uma injeção piloto de óleo diesel é realizada. O aumento de temperatura e pressão permite a autoignição do óleo diesel. No ciclo de combustão, a combustão do óleo diesel inflama o gás natural.

[0038] Este tipo de motor bicombustível óleo diesel - gás natural comprimido é conhecido e, portanto, o seu funcionamento não necessita ser descrito aqui de modo detalhado.

[0039] Em relação à figura 1, o motor bicombustível de óleo diesel - gás natural comprimido inclui um pistão 1 montado em um cilindro 2, e uma câmara de combustão 3. Um conduto de admissão 4 e um conduto de escape 5 estão ligados à câmara de combustão 3 por meio de válvulas 6. Nesta vista esquemática, só foi representado um cilindro do motor.

[0040] Este motor é alimentado por um circuito de óleo diesel 7 que inclui um tanque 8, uma bomba de combustível 9, uma galeria comum 10, e injetores de óleo diesel 11.

[0041] O motor é também alimentado por um circuito de gás natural comprimido 18 que inclui um tanque 12, um regulador de pressão e válvula de segurança 13, e um injetor de gás 14 adaptado para introduzir uma quantidade definida de gás no conduto de admissão 4. O tanque 12 é neste exemplo constituído por um conjunto de três tanques ligados entre eles.

[0042] Uma unidade de controle de motor 15 está ligada aos diferentes sensores e atuadores do motor e efetua o comando do motor em função de programas de controle de motor integrados. A unidade de controle de motor 15 está ligada a diversos sensores usuais, incluindo um sensor lambda 19, um sensor de temperatura de gases de escape 20 e um sensor de pressão de gás 21.

[0043] A unidade de controle de motor 15 inclui um módulo eletrônico de controle de gás 16, controlando o injetor de gás 14, e um módulo eletrônico de controle de diesel 17, controlando os injetores de óleo diesel 11.0 módulo eletrônico de controle de gás 16 e o módulo eletrônico de controle de diesel 17 podem comunicar um com o outro de modo que o motor possa funcionar de maneira coordenada com uma mistura de óleo diesel e de gás.

[0044] A unidade de controle de motor 15 é adaptada para detectar um evento de abastecimento do tanque de gás.

[0045] A pressão dentro do tanque de gás 12 é medida pelo sensor 21 e é memorizada. O evento de abastecimento do tanque de gás é identificado quando a unidade de controle de motor 15 detecta um aumento da pressão no tanque de gás depois de uma imobilização do veículo.

[0046] Logo depois do evento de abastecimento ser detectado, a unidade de controle de motor 15 compara a temperatura captada pelo sensor de temperatura de gás de escape 20 com a temperatura teórica esperada para esse sensor.

[0047] A temperatura captada pelo sensor de temperatura de gás de escape 20 é a temperatura real que se pode medir no conduto de escape 4, na área do sensor 20.

[0048] A temperatura teórica esperada para o sensor de temperatura de gás de escape 20 é uma previsão de temperatura que é obtida usando uma operação de cálculo computacional.

[0049] Essa operação de cálculo computacional pode utilizar, por exemplo, um modelo computacional do motor. Uma unidade de controle de motor 15 usual dispõe de vários modelos matemáticos para o motor de combustão. Considerando-se que as variáveis de entrada do motor são conhecidas, é possível usar a modelagem computacional para fazer uma predição da temperatura esperada no conduto de gases de escape 5, na vizinhança do sensor 20. As variáveis de entrada são dadas pelos diferentes sensores do motor e são, por exemplo e entre outros, a quantidade de combustível injetado, a qualidade da mistura ar-combustível, a temperatura do líquido de arrefecimento, a rotação e o torque do motor, a pressão e a temperatura no conduto de admissão, etc.

[0050] A operação de cálculo computacional pode também utilizar um mapa de controle de motor, com duas dimensões ou mais.

[0051] A comparação permite determinar o desvio entre a temperatura captada pelo sensor 20 e a temperatura teórica esperada para esse sensor. Esse desvio é determinado logo depois do abastecimento em gás e é, portanto, correlacionável com a mudança de qualidade de gás.

[0052] A mudança de qualidade de gás é devido ao fato que o seu poder calorífico varia em função de sua composição.

[0053] Uma das causas de mudança de qualidade do gás natural é a presença variável de hidrocarbonetos pesados, tais como butano, propano ou etano, junto com o metano. A combustão dos hidrocarbo- netos pesados gera uma liberação mais rápida da sua quantidade de calor. Como consequência, para uma mesma quantidade de energia, a combustão dos hidrocarbonetos pesados transfere mais calor para o sistema de arrefecimento do motor e menos calor para os gases de escape refletindo em menores temperaturas de gases de escape.

[0054] Outra causa de mudança de qualidade do gás natural é a presença variável de gases inertes, tais como dióxido de carbono ou nitrogênio, junto com o metano. Os gases inertes não participam da combustão. Portanto, um aumento do teor de gases inertes gera uma diminuição da quantidade de calor do gás natural e menores temperaturas de gases de escape.

[0055] Considerando este desvio entre a temperatura captada pelo sensor 20 e a temperatura teórica esperada para esse sensor, e considerando a relação entre o desvio e a composição do gás natural, a unidade de controle de motor 15 determina uma classe de qualidade para o gás natural. Essa classificação pode ser contínua ou descontínua. Se for contínua, um índice numeral é atribuído ao gás classificado, esse índice numeral provindo de uma escala analógica. Se a classificação for descontínua, uma categoria é atribuída ao gás classificado, essa categoria provinda de um conjunto finito de categorias.

[0056] O processo que leva à classificação do gás natural é ilustrado na figura 2. O motor é esquematizado na parte de baixo da figura: a câmara de combustão 3 está entre um fluxo de entrada 22 (os gases de admissão) e um fluxo de saída 23 (os gases de escape). Na primeira etapa S1, os dados disponíveis sobre o estado do motor são usados na operação de cálculo computacional. Neste exemplo, todas as informações dos sensores do motor são entradas como dados iniciais em um modelo computacional do motor.

[0057] Na etapa S2, os dados são processados no modelo computacional para a obtenção, na etapa S3, da temperatura teórica espera- da para o sensor de temperatura de gases de escape 20.

[0058] Na etapa S4, a temperatura captada pelo sensor de temperatura de gases de escape 20 é comparada com a temperatura teórica esperada para esse sensor.

[0059] Na etapa S5, o gás natural específico que está alimentando o motor é classificado.

[0060] A unidade de controle de motor 15 usa essa classificação do gás natural para aplicar uma revisão pelo controle do motor, ou seja, a unidade de controle de motor 15 vai usar uma calibração diferente em função da composição do gás natural. A programação padrão da unidade de controle motor 15 é adaptada para uma composição de referência do gás natural. Quando a composição do gás natural muda, a programação da unidade de controle do motor também muda, neste exemplo, para permanecer ótima. Para esse fim, a unidade de controle de motor 15 aplica uma revisão ao controle do motor que pode ser uma correção dos parâmetros de controle de motor, por exemplo, a aplicação de um coeficiente de correção que modifica a quantidade de combustível injetado ou o padrão de injeção, esse coeficiente dependendo da classificação do gás.

[0061] A revisão feita pelo controle do motor pode ser também a aplicação de um mapa de controle motor ligado à classe de qualidade do gás natural. Por exemplo, o mapa de injeção padrão pode ser trocado por um mapa de injeção ligado à classificação do gás natural. A unidade de controle de motor 15 dispõe, nesse exemplo, de vários mapas de injeção e vai selecionar, com a ajuda da classificação do gás, um desses mapas como o mapa mais adaptado para o gás natural específico que está alimentando o motor.

[0062] O mapa de injeção deste exemplo é um gráfico tridimensional que determina uma quantidade de combustível a ser injetada em função da rotação do motor e da demanda de torque.

[0063] Opcionalmente, o processo pode ser completado com o uso do sensor lambda 19 para a detecção da quantidade de gás inerte presente no gás natural, com base na concentração de oxigênio na mistura ar-combustível. As variações de densidade e de estequiome-tria do gás natural podem ser identificadas através da medição da concentração de oxigênio nos gases de escape após o abastecimento do veículo. O sensor lambda 19 pode ser assim utilizado para confirmar ou afinar a classificação do gás natural, dando mais informações à unidade de controle de motor 15 para interpretar o desvio entre a temperatura captada pelo sensor de temperatura de gases de escape 20 e a temperatura teórica esperada para esse sensor.

[0064] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (14)

1. Processo de controle de um motor de combustão munido de um sensor de temperatura de gases de escape (20) e cujo ao menos um combustível é gás natural comprimido contido em um tanque (12) munido de um sensor de pressão (21), caracterizado pelo fato de que, logo depois de detectar um evento de abastecimento do dito tanque (12), o processo inclui as seguintes etapas: - comparar a temperatura captada pelo sensor de temperatura de gases de escape (20) com a temperatura teórica esperada para esse sensor; - determinar uma classe de qualidade para o gás natural em função do resultado da comparação; - aplicar uma revisão pelo controle do motor (15) em função da dita classe de qualidade determinada para o gás natural.

2. Processo de controle de um motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a detecção do evento de abastecimento do dito tanque (12) é realizada com o sensor de pressão (21) do tanque (12).

3. Processo de controle de um motor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a detecção do evento de abastecimento do dito tanque (12) é realizada por meio das seguintes etapas: memorizar a pressão no tanque (12) quando o motor está parado; e detectar um aumento de pressão no tanque (12) logo que o motor arranque de novo.

4. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a temperatura teórica esperada para o sensor de temperatura de gases de escape (20) é determinada por meio de uma operação de cálculo computacional.

5. Processo de controle de um motor de acordo com a rei- vindicação 4, caracterizado pelo fato de que a operação de cálculo computacional inclui a utilização de um modelo computacional do motor.

6. Processo de controle de um motor de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a operação de cálculo computacional inclui a utilização de um mapa de controle de motor.

7. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar uma classe de qualidade para o gás natural é relativa a uma classificação descontínua.

8. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar uma classe de qualidade para o gás natural é relativa a uma classificação contínua.

9. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de aplicar uma revisão pelo controle do motor (15) inclui uma correção dos parâmetros de controle de motor.

10. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de aplicar uma revisão pelo controle do motor (15) inclui a aplicação de um mapa de controle do motor ligado à classe de qualidade do gás natural.

11. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que inclui uma etapa adicional de detecção da quantidade de gás inerte no gás natural com base nas informações provindas do sensor lambda (19).

12. Processo de controle de um motor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que é aplicado a um motor bicombustível alimentado por óleo diesel e gás natural comprimido.

13. Unidade de controle de motor para a execução do processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que inclui um módulo de previsão adaptado para determinar a temperatura teórica esperada para o sensor de temperatura de gases de escape (20).

14. Unidade de controle de motor de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que inclui um módulo eletrônico de controle de gás (16), controlando injetores de gás natural comprimido (14), e um módulo eletrônico de controle de diesel (17), controlando injetores de óleo diesel (11), que podem se comunicar um com o outro.