BR102014031682A2 - control method of an internal combustion engine for combustion control - Google Patents

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Antonio Galdino Leite Neto
Filipe Ghidetti Mangas Catarino
Wagner Roberto Da Silva Trindade
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Mahle Int Gmbh
Mahle Metal Leve Sa
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Abstract

método de controle de um motor de combustão interna para controle da combustão. a presente invenção refere-se a um método de controle de motores de combustão interna para controle da combustão, o motor compreendendo pelo menos um sensor de detonação (20) e pelo menos um mecanismo de variação de uma taxa de compressão (25) do motor, o método obtendo informações do sensor de detonação (20) e enviando essas informações para uma unidade de armazenamento (21), a qual compara as informações armazenadas com uma base de dados (22), o resultado dessa comparação sendo enviado para uma unidade de processamento (23), a unidade de processamento (23) atuando o mecanismo de variação da taxa de compressão (25) do motor, de acordo com o atraso ou o avanço de um ponto de ignição lido pelo sensor (20).control method of an internal combustion engine for combustion control. The present invention relates to an internal combustion engine control method for combustion control, the engine comprising at least one knock sensor (20) and at least one engine varying a compression ratio (25) mechanism of the engine. , the method of obtaining information from the detonation sensor (20) and sending this information to a storage unit (21), which compares the stored information with a database (22), the result of this comparison being sent to a (23), the processing unit (23) acting on the engine's compression ratio variation mechanism (25) according to the delay or advance of a flash point read by the sensor (20).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE CONTROLE DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA PARA CONTROLE DA COMBUSTÃO".Report of the Invention Patent for "CONTROL METHOD OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR CONTROL".

[001] A presente invenção refere-se a um método de controle de um motor de combustão interna para controle da combustão, o motor de combustão interna dotado de um sensor de detonação e um mecanismo de variação de taxa de compressão do motor, com o método de controle obtendo informações do sensor de detonação e enviando informações para a variação da taxa de compressão do motor. DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA[001] The present invention relates to a method of controlling an internal combustion engine for combustion control, the internal combustion engine having a detonation sensor and an engine compression rate variation mechanism, with the control method by obtaining information from the detonation sensor and sending information for the variation of the engine compression ratio. DESCRIPTION OF TECHNICAL STATE

[002] O conceito de taxa de compressão está diretamente ligado aos motores de combustão interna e representa um valor numérico, seja uma razão ou uma proporção que compreende a relação entre o volume da câmara de combustão completamente distendida para o volume da câmara de combustão completamente comprimida. Em motores dotados de pistões, a taxa de compressão será o volume do cilindro mais o volume da câmara de combustão, dividido pelo volume da câmara.The concept of compression ratio is directly linked to internal combustion engines and represents a numerical value, either a ratio or a ratio comprising the ratio of the fully extended combustion chamber volume to the fully combustion chamber volume. compressed. On piston engines, the compression ratio shall be cylinder volume plus combustion chamber volume divided by chamber volume.

[003] A compressão da mistura ar/combustível é essencial para o melhor aproveitamento da combustão nos motores. Quanto maiores a temperatura e a pressão do sistema, maior será a velocidade da reação de combustão, eliminando rapidamente a energia gerada, aumentando assim a potência liberada pela reação. Como essa energia gerada é absorvida pelo motor, em grande parte, sob a forma de energia mecânica, obter-se-á um maior aproveitamento mecânico do motor.The compression of the air / fuel mixture is essential for the best use of combustion in engines. The higher the system temperature and pressure, the faster the combustion reaction will be, quickly eliminating the energy generated, thereby increasing the power released by the reaction. As this generated energy is absorbed by the motor, largely in the form of mechanical energy, greater mechanical utilization of the motor will be obtained.

[004] A taxa de compressão está presente nos diversos motores: motores de ciclo Otto (álcool, gasolina ou gás natural), nos motores de ciclo diesel, nos motores 2 tempos, nos rotatórios, entre outros. Em todos esses motores, a compressão interna exerce papel fundamental no seu rendimento. Em geral, quanto maior a taxa de compressão, maior o rendimento termomecânico desses motores. Por exemplo, quando se diz que um motor tem uma taxa de compressão de 10:1 significa que a mistura ar/combustível, que ocupava a câmara de combustão ao final da admissão, será comprimida a um volume dez vezes menor no momento seguinte, antes da ignição. Quanto maior for a taxa de compressão, maiores serão a potência e o torque desenvolvidos pelo motor, uma vez que potência e torque são resultados diretos dessa pressão. No entanto, a compressão tem limites, seja pela constituição do motor (ferro, alumínio etc.), pelo limite à detonação/pré-ignição do combustível, seja pelo limite de pressão/temperatura ou de durabilidade suportado pelo motor em questão.[004] The compression ratio is present in the various engines: Otto cycle engines (alcohol, gasoline or natural gas), diesel cycle engines, 2 stroke engines, rotary engines, among others. In all these engines, internal compression plays a key role in their performance. In general, the higher the compression ratio, the higher the thermomechanical efficiency of these engines. For example, when an engine is said to have a compression ratio of 10: 1 it means that the air / fuel mixture that occupied the combustion chamber at the end of the intake will be compressed to a volume ten times lower the next time before of the ignition. The higher the compression ratio, the higher the power and torque developed by the engine, since power and torque are direct results of this pressure. However, the compression has limits, either by the engine's constitution (iron, aluminum etc.), by the limit to the detonation / pre-ignition of the fuel, or by the pressure / temperature or durability limit supported by the engine in question.

[005] Como regra, a energia do combustível será melhor utilizada se a compressão for a maior possível. Porém, se a compressão for alta demais, o combustível entrará em autoignição, levando à detonação ÇknocK' ou "batida de pino") que pode destruir o motor. Em uma unidade convencional, a maior taxa possível é estabelecida com carga total, quando as vazões de combustível e de ar são máximas.As a rule, fuel energy will be better utilized if the compression is as high as possible. However, if the compression is too high, the fuel will auto-ignite, leading to ÇknocK 'detonation that can destroy the engine. In a conventional unit, the highest possible rate is set at full load when the fuel and air flow rates are maximum.

[006] Quando a combustão está sob controle, ela é iniciada pela ignição ou faísca. A detonação ou knock acontece quando a combustão se inicia em algum lugar da câmara que não a partir da ignição. Essa combustão pode iniciar em algum canto ou no meio da câmara e comprime a câmara, como faria a combustão normal. No entanto, como essa combustão não é iniciada no momento correto, ou seja, quando o pistão se encontra no ponto morto superior (PMS), o pistão pode, por exemplo, estar em um movimento de subida, realizando uma compressão. O encontro da combustão com a compressão do pistão gera outros pontos de combustão. Como a velocidade da combustão é supersônica, quando a combustão e a compressão se encontram, o fluido interno apresenta um comportamento incompressível (golpe de aríete) gerando um ruído metálico, chamado comumente de batida de pino, que é a detonação ou knock. Em suma, pode-se dizer que a detonação ou knock é oriunda de uma combustão não otimizada ou da perda do controle da combustão.When combustion is under control, it is initiated by ignition or spark. Detonation or knocking occurs when combustion begins somewhere in the chamber other than from ignition. This combustion can start in some corner or in the middle of the chamber and compresses the chamber, as would normal combustion. However, since this combustion does not start at the right time, ie when the piston is in top dead center (PMS), the piston may, for example, be in an upward motion, performing a compression. Combining combustion with piston compression generates other combustion points. Since the speed of combustion is supersonic, when combustion and compression meet, the internal fluid exhibits incompressible behavior (water hammer) generating a metallic noise, commonly called pin strike, which is detonation or knock. In short, detonation or knock can be said to come from unoptimized combustion or loss of combustion control.

[007] Ademais, essa combustão não otimizada pode ser provocada pela própria ignição, de tal modo que cada rotação e carga possui um ponto ótimo de ignição, que pode ser alterado de acordo com o combustível utilizado, seja apenas gasolina, porém com octanagem variada ou na variação entre gasolina e álcool, alterando o ponto ótimo de ignição.In addition, this unoptimized combustion can be caused by the ignition itself, such that each rotation and charge has an optimal ignition point, which can be changed according to the fuel used, whether only gasoline but with varying octane. or the variation between gasoline and alcohol, changing the optimal ignition point.

[008] Nesse sentido, os motores atuais são dotados de sensores de detonação ou sensor knock, o qual atua retardando ou avançando o ponto de ignição, no caso da própria ignição estar gerando a detonação. Tal configuração de retardo ou avanço do ponto de ignição não é desejável, uma vez que o motor é configurado para uma determinada taxa ótima de compressão e trabalha fora dessa taxa ótima, em uma condição de menor rendimento.In this sense, the current engines are equipped with detonation sensors or knock sensor, which acts by slowing or advancing the ignition point, in case the ignition itself is generating the detonation. Such a delay or advance point setting is not desirable since the engine is set to a certain optimum compression ratio and works outside that optimum rate under a lower performance condition.

[009] Entretanto, já existem protótipos de motores dotados de uma taxa de compressão variável (VCR - Variable Compression Rati-o), que, entre outras características, permite aproveitar a energia do combustível de maneira bem mais eficiente alterando a taxa de compressão continuamente para o valor ideal de acordo com as condições de funcionamento, em tempo real.However, there are already prototypes of engines with a Variable Compression Ratios (VCR), which, among other features, allow you to harness fuel energy much more efficiently by continuously changing the compression ratio. to optimal value according to operating conditions, in real time.

[0010] O primeiro motor dotado de taxa de compressão variável foi idealizado pela empresa sueca Saab baseado em um conceito que permite a redução do consumo de combustível sem afetar o desempenho do motor.[0010] The first engine with variable compression ratio was designed by the Swedish company Saab based on a concept that allows fuel consumption to be reduced without affecting engine performance.

[0011] A característica exclusiva do motor idealizado pela Saab está na taxa de compressão variável, continuamente ajustada para o valor ideal, segundo as condições que prevalecem em um dado momento. O motor consiste em uma parte superior, que compreende o cabeçote com cilindros integrados, chamado monocabeçote, e uma parte inferior correspondente à carcaça do virabrequim (virabrequim, bielas e pistões). A compressão varia por ajuste da inclinação da parte superior em relação à inferior. Isto altera o volume da câmara de combustão estando o pistão no ponto-morto superior (a posição do pistão mais alta no cilindro), que por sua vez altera a taxa de compressão.[0011] The unique feature of the engine designed by Saab is its variable compression ratio, continuously adjusted to the optimum value, according to the prevailing conditions at any given time. The engine consists of an upper part comprising the integrated cylinder head, called a single head, and a lower part corresponding to the crankshaft housing (crankshaft, connecting rods and pistons). Compression varies by adjusting the top to bottom tilt. This alters the volume of the combustion chamber with the piston at top dead center (the position of the highest piston in the cylinder), which in turn alters the compression ratio.

[0012] O virabrequim, as bielas, os pistões e as válvulas do motor de taxa de compressão variável da Saab são do mesmo tipo dos usados nos motores convencionais. O que distingue o motor Saab é a maneira como é dividido em parte superior e inferior. A face de junta entre os dois é cerca de 20 centímetros mais baixa, com o monocabeçote sendo articulado no bloco do motor. A compressão é alterada inclinando o monocabeçote em relação ao bloco, por meio de um atua-dor hidráulico. O volume da câmara de combustão aumenta e o maior volume reduz a compressão. Para aumentá-la, a inclinação do monocabeçote fica menor, diminuindo a câmara de combustão.The crankshaft, connecting rods, pistons and valves of Saab's variable compression ratio engine are of the same type as those used in conventional engines. What distinguishes the Saab engine is the way it is divided into top and bottom. The gasket face between the two is about 20 centimeters lower, with the single head pivoting on the engine block. Compression is altered by tilting the single head in relation to the block by means of a hydraulic actuator. The volume of the combustion chamber increases and the larger volume reduces the compression. To increase it, the tilt of the single head becomes smaller, decreasing the combustion chamber.

[0013] Outros exemplos de motores dotados de taxa de compressão variável são os motores da empresa alemã FEV e da empresa japonesa Nissan. Ambos os motores apresentam uma tecnologia para variação da taxa de compressão baseada na variação da altura da bie-la, ou seja, a variação do curso da biela, aumentando ou diminuindo a taxa de compressão, por meio de mecanismos excêntricos de giro.Other examples of engines with variable compression ratios are the engines of the German company FEV and the Japanese company Nissan. Both engines feature a technology for varying the compression ratio based on the variation of the heel height, ie the variation of the stroke of the connecting rod, increasing or decreasing the compression ratio through eccentric swinging mechanisms.

[0014] O documento europeu EP 1 911 952 apresenta o motor i-dealizado pela empresa Nissan dotado de um sistema de taxa de compressão variável, juntamente com seu método de funcionamento e vantagens frente aos motores convencionais, dotados de taxa de compressão estática.European document EP 1 911 952 introduces the Nissan i-dealership engine with a variable compression ratio system, along with its operating method and advantages over conventional engines with a static compression ratio.

[0015] A tecnologia de variação da taxa de compressão do motor é particularmente desejável quando se trabalha com motores flex, ou seja, motores que necessitam de uma flexibilidade de combustível, funcionando tanto com gasolina quanto com álcool.Engine compression ratio variation technology is particularly desirable when working with flex engines, ie engines that require fuel flexibility running on both gasoline and alcohol.

[0016] Atualmente, os motores flex funcionam com um rendimento mais baixo, em relação aos motores convencionais que admitem apenas um tipo de combustível. Isso se dá pelo fato de que a variação do combustível entre gasolina ou álcool é feita variando-se o ponto de ignição do motor.[0016] Flex engines now operate at a lower efficiency than conventional engines that only support one type of fuel. This is because the fuel variation between gasoline or alcohol is made by varying the ignition point of the engine.

[0017] Motores à gasolina possuem uma taxa de compressão 10:1, enquanto motores a álcool possuem uma taxa de compressão de 13:1, ou seja, nos motores à gasolina a mistura ar/combustível é comprimida em dez vezes e nos motores a álcool a mistura é comprimida em treze vezes. Portanto, os motores a álcool admitem uma compressão maior sem que haja a combustão.Petrol engines have a 10: 1 compression ratio, while alcohol engines have a 13: 1 compression ratio, ie in gasoline engines the air / fuel mixture is compressed tenfold and engines with alcohol the mixture is compressed thirteen times. Therefore, alcohol engines allow greater compression without combustion.

[0018] Considerando a taxa de compressão como sendo estática, a câmara de combustão será idealizada para uma taxa de compressão específica, por exemplo, a taxa de compressão do álcool de 13:1. Quando esse motor, idealizado para uma taxa de compressão de 13:1, for abastecido com gasolina, a ignição ocorrerá antecipadamente de forma espontânea, uma vez que a gasolina atinge o ponto de ignição a uma taxa menor de 10:1. Para que não ocorra a ignição espontânea, o módulo de controle do motor avança o ponto de ignição, realizando a combustão da mistura ar/combustível a uma taxa qualquer de compressão. Sendo assim, o motor flex abastecido com gasolina terá seu rendimento prejudicado, com diminuição da potência e torque do motor.Considering the compression ratio to be static, the combustion chamber will be idealized for a specific compression ratio, for example, the alcohol compression ratio of 13: 1. When this engine, designed for a 13: 1 compression ratio, is fueled with gasoline, the ignition will occur spontaneously in advance as gasoline reaches the ignition point at a rate of less than 10: 1. To prevent spontaneous ignition, the engine control module advances the ignition point, combustion of the air / fuel mixture at any compression ratio. Thus, the gasoline-fueled flex engine will have its performance impaired, with reduced engine power and torque.

[0019] Além da variação entre combustíveis, como álcool ou gasolina, ainda existe a variação de octanagem (índice de resistência à detonação do combustível) dos combustíveis e as diferentes misturas de combustíveis presentes ao longo do uso do motor.In addition to the variation between fuels such as alcohol or gasoline, there is also the octane variation (fuel knock resistance index) of the fuels and the different fuel mixtures present throughout the engine's use.

[0020] A gasolina utilizada nos países do exterior é extremamente estável, por essa razão a taxa de compressão sofre pequenas varia- ções e são feitos ajustes mínimos quanto ao avanço ou retardo da ignição. No entanto, no Brasil, a gasolina presente nas bombas de combustíveis já apresenta 22% em volume de álcool, sendo essa quantidade instável e admitindo grandes variações. Os motores flex, ao serem abastecidos com gasolina, admitem uma quantidade ainda maior de álcool, podendo haver misturas de álcool e gasolina no próprio tanque de combustível do veículo, admitindo qualquer configuração de quantidade de álcool. Ainda, o Brasil é o único país que utiliza o álcool hidratado, ou seja, álcool com adição de até 7% em volume de água, outro fator de extrema importância no controle da ignição e combustão.[0020] Gasoline used in foreign countries is extremely stable, so the compression ratio varies slightly and minimal adjustments are made as to the ignition advance or delay. However, in Brazil, the gasoline present in fuel pumps already has 22% in volume of alcohol, this amount being unstable and allowing large variations. The flex engines, when fueled with gasoline, allow an even greater amount of alcohol, and there may be mixtures of alcohol and gasoline in the vehicle's own fuel tank, allowing for any amount of alcohol setting. Still, Brazil is the only country that uses hydrated alcohol, that is, alcohol with up to 7% by volume of water, another extremely important factor in ignition and combustion control.

[0021] Dessa forma, os motores dotados de mecanismos para variação da taxa de compressão são extremamente vantajosos, uma vez que admitem diferentes combustíveis e misturas, sem que seja feito o retardo ou avanço da ignição e, portanto, sem queda do rendimento, potência ou torque do motor e, ainda, diminuindo o consumo e a emissão de poluentes, melhorando a dirigibilidade e o avanço do veículo.Thus engines with mechanisms for varying the compression ratio are extremely advantageous in that they allow different fuels and mixtures without delaying or advancing the ignition and thus without decreasing performance, power or engine torque, as well as reducing fuel consumption and pollutant emissions, improving vehicle handling and advancement.

[0022] Por todas as razões acima citadas, é extremamente vantajoso à utilização de uma taxa variável de compressão para um controle efetivo da combustão, tal método de controle informando quando o mecanismo de taxa de compressão variável deve atuar e não de que forma esse mecanismo deve atuar.For all the reasons mentioned above, it is extremely advantageous to use a variable compression ratio for effective combustion control, such a control method informing when the variable compression ratio mechanism should act and not how that mechanism must act.

[0023] Tanto o mecanismo de taxa de compressão variável quanto o controle da forma como o mecanismo atua pertencem ao estado da técnica. No entanto, faz-se necessário um método de controle que envie, por meio do sensor de detonação ou sensor de knock, informações sobre a qualidade da combustão, informando e atuando o mecanismo de taxa de compressão variável no momento em que a combustão está fora de controle, apresentando extremo retardo ou avanço da ignição.Both the variable compression rate mechanism and the control of how the mechanism operates belong to the state of the art. However, a control method is required which provides, through the knock sensor or knock sensor, information on combustion quality, informing and actuating the variable compression ratio mechanism at the time the combustion is off. extremely late ignition delay or advance.

OBJETIVOS DA INVENÇÃOOBJECTIVES OF THE INVENTION

[0024] Um primeiro objetivo da presente invenção está em prover um método de controle que atue com qualquer mecanismo de taxa de compressão variável existente, independente da geometria utilizada para alcançar tal variação da taxa de compressão.[0024] A first object of the present invention is to provide a control method that acts with any existing variable compression ratio mechanism, regardless of the geometry used to achieve such compression ratio variation.

[0025] É ainda um objetivo da presente invenção prover um método de controle que determine quando o mecanismo de taxa de compressão variável deve atuar e não de que forma tal mecanismo deve atuar.It is a further object of the present invention to provide a control method that determines when the variable compression ratio mechanism should act and not how such a mechanism should act.

[0026] É ademais um objetivo da presente invenção prover um método de controle que atue na obtenção de uma combustão ótima, alterando a taxa de compressão do motor, de acordo com o envio de informações, por meio de um sensor de detonação.It is furthermore an object of the present invention to provide a control method which acts to obtain optimum combustion by altering the engine compression ratio according to the sending of information by means of a knock sensor.

[0027] É por fim um objetivo da presente invenção prover um método de controle que, por meio do mecanismo de taxa de compressão variável, evite o retardo ou o avanço do ponto de ignição, atuando a-penas na variação da taxa de compressão para o controle da combustão.It is finally an object of the present invention to provide a control method which, by means of the variable compression ratio mechanism, avoids the retardation or advance of the ignition point by acting solely on the variation of the compression ratio to combustion control.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0028] A presente invenção tem por objeto um método de controle de um motor de combustão interna para o controle da combustão, o motor compreendendo pelo menos um sensor de detonação e pelo menos um mecanismo de variação de uma taxa de compressão do motor, o método obtendo informações do sensor de detonação e enviando essas informações para uma unidade de armazenamento, a qual compara as informações armazenadas com uma base de dados, o resultado dessa comparação sendo enviado para uma unidade de processamento, a unidade de processamento atuando o mecanismo de variação da taxa de compressão do motor, de acordo com o atraso ou o avanço de um ponto de ignição lido pelo sensor, o método compre- endendo as etapas de: [0029] - congelamento das leituras dos valores de ponto de ignição obtidos pelo sensor de detonação e busca da melhor taxa de compressão para o motor de acordo com um valor de ponto de ignição a-trasado ou um valor de ponto de ignição avançado ou um valor de ponto ótimo de ignição (valor central);The object of the present invention is a method of controlling an internal combustion engine for combustion control, the engine comprising at least one detonation sensor and at least one mechanism for varying an engine compression ratio; method by obtaining information from the detonation sensor and sending this information to a storage unit, which compares the stored information with a database, the result of this comparison being sent to a processing unit, the processing unit acting on the variation mechanism. engine compression ratio according to the delay or advance of a flashpoint read by the sensor, the method comprising the steps of: [0029] - freezing of the flashpoint readings obtained by the flashpoint sensor detonation and search for the best compression ratio for the engine according to an overridden flash point value or an advanced flash point value or an optimal ignition point value (center value);

[0030] - comparação das leituras obtidas pelo sensor de detonação com um valor central de avanço do ponto de ignição;[0030] - Comparison of the readings obtained by the detonation sensor with a central ignition point advance value;

[0031] - manutenção da taxa de compressão do motor, quando o ponto de ignição está em um valor central ou ponto ótimo;[0031] - maintaining the engine compression ratio when the ignition point is at a center value or optimum point;

[0032] - diminuição da taxa de compressão do motor, por meio do mecanismo de variação da taxa de compressão, quando o ponto de ignição está atrasado em relação ao valor central ou ponto ótimo de ignição;- Decrease of the engine compression ratio by means of the compression ratio variation mechanism when the ignition point is behind the center value or optimum ignition point;

[0033] - aumento da taxa de compressão do motor, por meio do mecanismo de variação da taxa de compressão, quando o ponto de ignição está avançado em relação ao valor central ou ponto ótimo de ignição.[0033] - Increase of the engine compression ratio through the compression ratio variation mechanism when the ignition point is advanced to the center value or optimum ignition point.

[0034] - aguardar percorrer uma distância predeterminada de funcionamento do motor ou aguardar o próximo ciclo de funcionamento do motor ou aguardar qualquer intervenção do sensor de detonação para fazer uma nova leitura.[0034] - wait for a predetermined engine operating distance or wait for the next engine operating cycle or wait for any detonation sensor intervention to read again.

[0035] É objeto também da presente invenção um método de controle que compreenda adicionalmente as etapas de: [0036] - verificação das condições para início da lógica de controle;Also subject to the present invention is a control method which further comprises the steps of: checking the conditions for initiating the control logic;

[0037] - verificação se a lógica de controle está sendo utilizada no ciclo de funcionamento atual do motor;[0037] - Check if control logic is being used in the current motor duty cycle;

[0038] - verificação se o motor está funcionando para uma distância predeterminada ou tempo sem a ocorrência de detonação;[0038] - checking whether the engine is running for a predetermined distance or time without detonation occurring;

[0039] - inicialização ou atualização de uma aprendizagem em busca do ponto ótimo ou valor central de ignição;[0039] - initiating or updating a learning search for the optimal point or central ignition value;

[0040] - comparação dos pontos ótimos de ignição obtidos com um mapa básico obtido em função dos valores-limite para a detonação e o torque mínimo para cada condição de funcionamento do motor. DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS[0040] - Comparison of optimal ignition points obtained with a basic map obtained as a function of the detonation limit values and the minimum torque for each engine operating condition. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0041] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: [0042] Figura 1 - configuração construtiva do mecanismo de controle da presente invenção;The present invention will hereinafter be described in more detail based on an exemplary embodiment shown in the drawings. The figures show: Figure 1 - Constructive configuration of the control mechanism of the present invention;

[0043] Figura 2 - fluxograma inicial do método de controle da presente invenção;Figure 2 - Initial flow chart of the control method of the present invention;

[0044] Figura 3 - fluxograma final do método de controle da presente invenção.Figure 3 - Final flowchart of the control method of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURASDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0045] A presente invenção apresenta um método de controle de motores de combustão interna para o controle da combustão. Mais particularmente, a presente invenção apresenta um método de controle da combustão para um motor de combustão interna dotado de pelo menos um sensor de detonação 20 e pelo menos um mecanismo de variação de taxa de compressão 25 do motor, com o método de controle obtendo informações do sensor de detonação 20 e enviando informações para a variação da taxa de compressão 25 do motor.The present invention provides an internal combustion engine control method for combustion control. More particularly, the present invention provides a combustion control method for an internal combustion engine having at least one knock sensor 20 and at least one engine compression ratio variation mechanism 25, with the control method obtaining information detonation sensor 20 and sending information to the engine compression ratio variation 25.

[0046] Para se entender corretamente a invenção, faz-se necessário a explanação dos conceitos que envolvem o método de controle de motores de combustão interna para o controle da combustão.In order to correctly understand the invention, it is necessary to explain the concepts involving the internal combustion engine control method for combustion control.

[0047] Inicialmente, observa-se um motor de combustão interna dotado de um sensor de detonação 20 e de um mecanismo para a variação da taxa de compressão 25 ou mecanismo de taxa de compres- são variável. Tal mecanismo 25, por meio de uma variação na altura ou curso da biela ou por meio de uma angulação do bloco do motor, atua comprimindo ou expandindo a câmara de combustão, resultando em uma maior ou menor taxa de compressão.Initially, an internal combustion engine is provided having a knock sensor 20 and a mechanism for varying the compression ratio 25 or variable compression rate mechanism. Such a mechanism 25, by varying the height or stroke of the connecting rod or by means of an engine block angle, acts by compressing or expanding the combustion chamber, resulting in a higher or lower compression ratio.

[0048] Como explicado anteriormente, a taxa de compressão de um motor de combustão interna é representada pelo volume do cilindro mais o volume da câmara de combustão, dividido pelo volume da câmara. Tais taxas de compressão variam de acordo, por exemplo, com o combustível utilizado. Usualmente uma taxa de compressão para a gasolina é de 10:1, enquanto para álcool é de 13:1. Dessa forma, nota-se que a taxa de compressão do álcool é maior do que a taxa de compressão da gasolina, o que significa que a gasolina atinge a ignição antes que o álcool e, ainda, que o álcool admite uma maior compressão.As explained above, the compression ratio of an internal combustion engine is represented by the volume of the cylinder plus the volume of the combustion chamber divided by the volume of the chamber. Such compression ratios vary according to, for example, the fuel used. Usually a compression ratio for gasoline is 10: 1, while for alcohol it is 13: 1. Thus, it is noted that the compression ratio of alcohol is higher than the compression ratio of gasoline, which means that gasoline reaches the ignition before alcohol and also that alcohol allows for greater compression.

[0049] Quando a ignição é espontânea, ocorre a detonação ou knock conhecido, usualmente, como "batida de pino", nome dado devido ao som metálico audível produzido pela detonação. Tal fenômeno de detonação é definido como um aumento rápido na pressão do cilindro, durante o processo de combustão. Em suma, a detonação é uma combustão descontrolada, que pode provocar a perda de eficiência do motor e pode resultar no desgaste ou até na destruição dos elementos mecânicos do motor.When ignition is spontaneous, detonation or knock occurs, commonly known as "pin strike", a name given due to the audible metallic sound produced by the detonation. Such detonation phenomenon is defined as a rapid increase in cylinder pressure during the combustion process. In short, detonation is uncontrolled combustion, which can cause loss of engine efficiency and can result in wear or even destruction of engine mechanical elements.

[0050] Sendo assim, é altamente desejável que a combustão seja mantida sob controle, de modo a prevenir a ocorrência da detonação. O melhor modo para o controle da combustão é a variação da taxa de compressão do motor. Tal variação da taxa de compressão é feita a partir de medições obtidas por um sensor de detonação 20.Therefore, it is highly desirable that combustion be kept under control in order to prevent detonation from occurring. The best mode for combustion control is to vary the engine compression ratio. Such variation of the compression ratio is made from measurements obtained by a knock sensor 20.

[0051] O sensor de detonação 20 é, basicamente, um sensor de vibrações mecânicas. A função do sensor de detonação 20 é a de transformar as vibrações mecânicas do motor em oscilações elétricas capazes de serem interpretadas pela unidade de comando. A unidade consegue identificar e separar a detonação das outras fontes de vibrações mecânicas presentes no motor. A informação é enviada na forma de um sinal de tensão variável cujo valor depende da intensidade da vibração mecânica detectada. A aplicação do sensor de detonação 20 aos sistemas de ignição mapeada permite obter máximo aproveitamento da potência oferecida e ao mesmo tempo proteger o motor de possíveis danos causados pela detonação.The detonation sensor 20 is basically a mechanical vibration sensor. The function of the detonation sensor 20 is to transform the mechanical vibrations of the motor into electrical oscillations capable of being interpreted by the control unit. The unit can identify and separate detonation from other sources of mechanical vibration present in the engine. The information is sent as a variable voltage signal whose value depends on the intensity of the mechanical vibration detected. The application of the detonation sensor 20 to the mapped ignition systems allows maximum utilization of the offered power while protecting the engine from possible damage caused by detonation.

[0052] O sensor de detonação 20 pode ser do tipo piezoelétrico ou piezorresistivo. O sensor 20 mais utilizado é do tipo piezoelétrico e é constituído de um cristal, internamente alocado em uma massa ou gel sísmico, e, quando submetido a uma deformação mecânica, envia um sinal de tensão variável. O sensor de detonação 20 é instalado no bloco do motor, fazendo com que o sensor 20 vibre junto com o motor. Quando existe a detonação, um ruído agudo é emitido. Tal ruído é medido pelo sensor 20 que entra em frequência natural, gerando um elevado valor de tensão. O sensor 20 é pré-ajustado para atuar desse modo, sendo que cada sensor 20 possui um ajuste para um determinado motor, pois existe uma determinada frequência de vibração em cada motor.The detonation sensor 20 may be of the piezoelectric or piezoresistive type. The most commonly used sensor 20 is a piezoelectric sensor and consists of a crystal internally allocated to a seismic mass or gel and, when subjected to mechanical deformation, sends a variable voltage signal. The detonation sensor 20 is installed in the engine block, causing the sensor 20 to vibrate with the engine. When detonation occurs, a high pitched noise is emitted. Such noise is measured by sensor 20 which goes into natural frequency, generating a high voltage value. Sensor 20 is preset to act in this way, with each sensor 20 having a setting for a particular motor as there is a certain frequency of vibration in each motor.

[0053] Ao medir uma detonação, o sensor 20 verifica se existe algum atraso ou avanço da ignição e decide entre diminuir ou não a taxa de compressão para alcançar uma combustão ótima ou ideal. Nesse sentido, o método de controle da presente invenção atua determinando quando a variação da taxa de compressão deve ocorrer.When measuring a detonation, sensor 20 checks for any delay or advance of the ignition and decides whether or not to decrease the compression ratio to achieve optimal or optimal combustion. In this sense, the control method of the present invention acts by determining when the variation of the compression ratio should occur.

[0054] Mais particularmente, de modo a facilitar o entendimento, apresenta-se, a seguir, uma configuração preferencial para o método de controle de motores de combustão interna para o controle da combustão.More particularly, for ease of understanding, the following is a preferred embodiment for the internal combustion engine control method for combustion control.

[0055] Observa-se, na figura 1, uma configuração construtiva pre- ferencial do sistema de controle da presente invenção compreendendo o sensor de detonação 20, o qual faz a leitura dos pontos de ignição do motor e armazena os dados de leitura em uma unidade de armazenamento 21, a qual é associada e uma base de dados 22. O método de controle faz uma comparação entre os dados lidos, armazenados na unidade 21, e os dados nominais, armazenados na base de dados 22. Essa comparação é feita em uma unidade de processamento 23, a qual envia os resultados obtidos ao mecanismo de variação da taxa de compressão 25, fazendo o mecanismo 25 atuar na manutenção ou na diminuição ou no aumento da taxa de compressão.Figure 1 shows a preferred constructive configuration of the control system of the present invention comprising the detonation sensor 20 which reads the engine ignition points and stores the reading data in a storage unit 21, which is associated with a database 22. The control method makes a comparison between read data stored in unit 21 and nominal data stored in database 22. This comparison is made in a processing unit 23 which sends the results obtained to the compression ratio variation mechanism 25, causing the mechanism 25 to maintain or decrease or increase the compression ratio.

[0056] O método de controle da presente invenção, apresentado inicialmente na figura 2, compreende uma lógica para o controle da combustão que parte de um início e tem como premissa básica de funcionamento da lógica as seguintes condições: [0057] - novo ciclo de funcionamento do motor;[0056] The control method of the present invention, initially presented in figure 2, comprises a logic for combustion control that starts from a start and has as its basic premise of logic operation the following conditions: engine operation;

[0058] - motor em uma condição estável de funcionamento;[0058] - engine in a stable operating condition;

[0059] - motor funcionando em regime normal de temperatura;[0059] - engine running at normal temperature;

[0060] - não existir qualquer proteção ativa que possa alterar o funcionamento do motor;[0060] - there is no active protection that could alter engine operation;

[0061] - não existir nenhum erro no sensor de detonação;[0061] - there is no error in the detonation sensor;

[0062] - não existir nenhum erro no mecanismo de variação da taxa de compressão.[0062] - There is no error in the compression rate variation mechanism.

[0063] Essas condições são mínimas e necessárias para o início do funcionamento da lógica de controle. Usualmente, a unidade de comando do motor faz a verificação dessas, e de outras condições, para o funcionamento das diversas lógicas de comando.[0063] These conditions are minimum and necessary for the start of control logic operation. Usually, the engine control unit checks these and other conditions for the operation of the various control logic.

[0064] Cumpre notar que, caso exista algum erro no sensor de detonação, um sinal será enviado para que a taxa de compressão seja diminuída, evitando que ocorra a detonação.It should be noted that if there is an error in the detonation sensor, a signal will be sent to decrease the compression ratio, preventing detonation from occurring.

[0065] Atingidas tais condições, é feita uma verificação se a lógica de controle está sendo utilizada no ciclo atual de funcionamento do motor. Tal verificação é feita com o intuito de evitar repetições da lógica de controle, de modo que não ocorram redundâncias (loops) no método de controle.Upon such conditions, a check is made that the control logic is being used in the current engine operating cycle. Such verification is done in order to avoid repetition of the control logic, so that no loop redundancies occur in the control method.

[0066] Em seguida, verifica-se a ocorrência de detonação na combustão para uma determinada distância ou tempo, ou seja, verifica-se a existência de mudanças na leitura do sensor de detonação 20 ao longo de uma distância ou tempo predeterminados.Thereafter, the combustion detonation occurs for a certain distance or time, that is, there are changes in the reading of the detonation sensor 20 over a predetermined distance or time.

[0067] No método de controle da presente invenção, a distância foi predeterminada em 30 quilômetros, podendo variar em 5 quilômetros, 10 quilômetros, 15 quilômetros, 20 quilômetros, 40 quilômetros, 50 quilômetros, etc. Tal distância predeterminada é programada durante a calibração do motor. Caso não fosse estabelecido um intervalo de distância, o sensor ajustaria a taxa de compressão repetidamente a cada medição, resultando em uma sobrecarga do método de controle.[0067] In the control method of the present invention, the distance has been predetermined by 30 kilometers, and may vary by 5 kilometers, 10 kilometers, 15 kilometers, 20 kilometers, 40 kilometers, 50 kilometers, etc. This predetermined distance is programmed during motor calibration. If a distance interval was not established, the sensor would adjust the compression ratio repeatedly with each measurement, resulting in a control method overload.

[0068] Caso exista alguma mudança nas leituras do sensor 20 no intervalo de distância predeterminado, a lógica irá zerar as medições do sensor 20 e começar a buscar uma otimização do ponto de ignição, ajustando o ponto de ignição, sejam ajustes de avanço ou atraso.[0068] If there is any change in sensor 20 readings within the predetermined distance range, the logic will reset sensor 20 measurements and begin to seek an ignition point optimization by adjusting the ignition point, either forward or delay adjustments. .

[0069] A partir desse ajuste do ponto de ignição, o ponto "ótimo" de ignição (set point) é comparado com um mapa básico, obtido em função dos valores-limite para a detonação e do torque mínimo para cada condição de funcionamento do motor.From this setting of the ignition point, the "optimal" ignition point (set point) is compared to a basic map, obtained as a function of the detonation limit values and the minimum torque for each operating condition of the ignition point. motor.

[0070] Os parâmetros de ignição são então congelados e inicia-se uma busca da melhor taxa de compressão para o motor. Os parâmetros obtidos pela lógica de controle são comparados a um valor nominal ou central. Tal valor central foi definido para a presente invenção como sendo 2 graus, de avanço ou atraso da ignição, pois quaisquer avanços entre -2 e 2 graus são considerados normais, inerentes ao funcionamento do motor. Essa definição de 2 graus parte de experiên- cias em campo, porém esse valor pode ser alterado, variando em 3 graus, 4 graus, 5, graus, 6 graus etc. de acordo com cada motor e lógica de controle.The ignition parameters are then frozen and a search for the best compression ratio for the engine begins. The parameters obtained by the control logic are compared to a nominal or central value. Such a central value has been defined for the present invention as 2 degrees of ignition advance or delay, since any advances between -2 and 2 degrees are considered normal, inherent to engine operation. This definition of 2 degrees starts from field experiments, but this value can be changed, varying by 3 degrees, 4 degrees, 5, degrees, 6 degrees, etc. according to each motor and control logic.

[0071] Quando o valor de ajuste obtido para o ponto de ignição é igual a 2 graus, significa que o motor está em funcionamento no valor central ou no ponto ótimo de ignição. Nesse caso, a taxa de compressão é mantida e o método de controle fará uma nova leitura depois de uma distância predeterminada de funcionamento do motor ou até que ocorra algum evento de detonação. Depois desse período, a lógica de controle é iniciada novamente.[0071] When the setpoint obtained for the ignition point is equal to 2 degrees, it means that the engine is running at the center or optimum ignition point. In this case, the compression ratio is maintained and the control method will re-read after a predetermined engine operating distance or until a detonation event occurs. After this period, the control logic is started again.

[0072] Quando o valor de ajuste obtido para o ponto de ignição é inferior a -2 graus, significa que o motor está funcionando em atraso em relação ao valor central ou ponto ótimo de ignição. Nesse caso, o mecanismo para a variação da taxa de compressão 25 irá atuar diminuindo a taxa de compressão para um passo menor, até que o valor central seja atingido. O sensor de detonação 20 faz a leitura até que o ponto de ignição chegue ao valor central. A partir daí, a lógica de controle aguarda um novo intervalo de distância ou um novo ciclo do motor ou algum evento de detonação, para em seguida ser iniciada novamente.[0072] When the setpoint obtained for the ignition point is less than -2 degrees, it means that the engine is running behind the center value or optimum ignition point. In this case, the mechanism for varying the compression ratio 25 will act by decreasing the compression ratio to a smaller step until the central value is reached. The detonation sensor 20 reads until the ignition point reaches the center value. Thereafter, the control logic waits for a new distance interval or a new motor cycle or some detonation event to be started again.

[0073] Quando o valor de ajuste obtido para o ponto de ignição é superior a 2 graus, significa que o motor está funcionando em avanço em relação ao valor central ou ao ponto ótimo de ignição. Nesse caso, o mecanismo para a variação da taxa de compressão 25 irá atuar aumentando a taxa de compressão para um passo maior, até que o valor central seja atingido. O sensor de detonação 20 faz a leitura até que o ponto de ignição chegue ao valor central. A partir daí, a lógica de controle aguarda um novo intervalo de distância ou um novo ciclo do motor ou algum evento de detonação, para em seguida ser iniciada novamente.[0073] When the setpoint obtained for the ignition point is greater than 2 degrees, it means that the engine is running ahead of the center value or the optimum ignition point. In this case, the mechanism for varying the compression ratio 25 will act by increasing the compression ratio to a larger step until the central value is reached. The detonation sensor 20 reads until the ignition point reaches the center value. Thereafter, the control logic waits for a new distance interval or a new motor cycle or some detonation event to be started again.

[0074] O método de controle da presente invenção atua para que não ocorram grandes avanços ou atrasos do ponto de ignição, uma vez que tais avanços ou atrasos diminuem a eficiência do motor. Na ocorrência de grandes avanços ou atrasos, o método de controle irá atuar para que a taxa de compressão seja variada, levando ao valor central ou ao ponto ótimo, sem qualquer avanço ou atraso, do ponto de ignição.[0074] The control method of the present invention acts to prevent major ignition point advances or delays, as such advances or delays decrease engine efficiency. In the event of large advances or delays, the control method will work to vary the compression ratio, leading to the center value or optimum point without any advance or delay of the ignition point.

[0075] Quando os ajustes do ponto de ignição são pequenos, não existe justificativa para que ocorra a variação da taxa de compressão. No entanto, no caso do Brasil, por exemplo, essa possibilidade de variação da taxa de compressão de acordo com o avanço ou atraso do ponto de ignição é particularmente interessante, visto que tais ajustes estão diretamente ligados ao combustível utilizado.When the ignition point adjustments are small, there is no justification for varying the compression ratio. However, in the case of Brazil, for example, this possibility of varying the compression ratio according to the advance or delay of the ignition point is particularly interesting since such adjustments are directly linked to the fuel used.

[0076] No exterior, a gasolina utilizada é extremamente estável, gerando pouca ou nenhuma alteração na taxa de compressão e ponto de ignição do motor. Porém, no Brasil, além da gasolina não ser estável, os motores flex, por exemplo, admitem qualquer configuração de combustível, prejudicando a eficiência do motor.Outside, the gasoline used is extremely stable, generating little or no change in the engine's compression ratio and ignition point. However, in Brazil, in addition to gasoline not being stable, flex engines, for example, allow any fuel configuration, impairing engine efficiency.

[0077] Como explicado anteriormente, a gasolina utilizada nos motores flex parte de uma quantidade de 20% em volume de álcool, podendo conter 22% em volume, 24% em volume, 30% em volume de álcool, ou qualquer outra configuração de porcentagem de álcool, fazendo com que o ponto de ignição do motor seja constantemente ajustado, de acordo com a configuração do combustível, determinando e-levados valores de ajuste para o ponto de ignição.As explained earlier, the gasoline used in flex engines starts at 20% by volume of alcohol, and may contain 22% by volume, 24% by volume, 30% by volume of alcohol, or any other percentage setting. The engine's ignition point is constantly adjusted according to the fuel configuration, and the ignition point is adjusted accordingly.

[0078] Por essa razão, a utilização do método de controle da presente invenção é altamente desejável, pois resultaria em menor frequência e valores de ajustes do ponto de ignição, levando a uma condição de funcionamento otimizada, sem avanço ou atraso do ponto de ignição, melhorando a dirigibilidade, o consumo e diminuindo a emis- são de poluentes do veículo, por meio da variação da taxa de compressão.For this reason, the use of the control method of the present invention is highly desirable as it would result in lower frequency and ignition setpoint values, leading to optimal operating condition without ignition point advance or delay. , improving driveability, fuel consumption and reducing vehicle pollutant emissions by varying the compression ratio.

[0079] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, com a finalidade de melhorar as características de resistência ao desgaste, corrosão e diminuição das forças de atrito, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apen-sas, aí incluídos os possíveis equivalentes.Having described a preferred embodiment example, it should be understood that the scope of the present invention encompasses other possible variations, with a view to improving the characteristics of wear resistance, corrosion and reduction of frictional forces, being limited only the content of the claims only, including the possible equivalents thereof.

REIVINDICAÇÕES

Claims (2)

1. Método de controle de um motor de combustão interna para o controle da combustão, o motor compreendendo pelo menos um sensor de detonação (20) e pelo menos um mecanismo de variação de uma taxa de compressão (25) do motor, o método caracterizado pelo fato de que obtém informações do sensor de detonação (20) e envia essas informações para uma unidade de armazenamento (21) , a qual compara as informações armazenadas com uma base de dados (22), o resultado dessa comparação sendo enviado para uma unidade de processamento (23), a unidade de processamento (23) atuando o mecanismo de variação da taxa de compressão (25) do motor, de acordo com o atraso ou o avanço de um ponto de ignição lido pelo sensor (20), o método compreendendo as etapas de: - congelamento das leituras dos valores de ponto de ignição obtidos pelo sensor de detonação (20) e busca da melhor taxa de compressão para o motor de acordo com um valor de ponto de ignição atrasado ou um valor de ponto de ignição avançado ou um valor de ponto ótimo de ignição (valor central); - comparação das leituras obtidas pelo sensor de detonação (20) com um valor central de avanço do ponto de ignição; - manutenção da taxa de compressão do motor, quando o ponto de ignição está em um valor central ou ponto ótimo; - diminuição da taxa de compressão do motor, por meio do mecanismo de variação da taxa de compressão (25), quando o ponto de ignição está atrasado em relação ao valor central ou ao ponto ótimo de ignição; - aumento da taxa de compressão do motor, por meio do mecanismo de variação da taxa de compressão (25), quando o ponto de ignição está avançado em relação ao valor central ou ao ponto ótimo de ignição; - aguardar percorrer uma distância predeterminada de funcionamento do motor ou aguardar o próximo cicio de funcionamento do motor ou aguardar qualquer intervenção do sensor de detonação (20) para fazer uma nova leitura.1. Method of controlling an internal combustion engine for combustion control, the engine comprising at least one knock sensor (20) and at least one engine varying a compression ratio (25) of the engine, the method characterized because it obtains information from the detonation sensor (20) and sends this information to a storage unit (21), which compares the stored information with a database (22), the result of this comparison being sent to a unit. (23), the processing unit (23) acting on the engine's compression ratio variation mechanism (25) according to the delay or advance of a flash point read by the sensor (20), the method comprising the steps of: - freezing the ignition point readings obtained by the detonation sensor (20) and seeking the best compression ratio for the engine according to a delayed ignition point value or a p value advanced ignition on or an optimal ignition point value (center value); - comparing the readings obtained by the detonation sensor (20) with a central value of the ignition point advance; - maintaining the engine compression ratio when the ignition point is at a center value or optimum point; - decrease of the engine compression ratio by means of the compression ratio variation mechanism (25) when the ignition point is behind the center value or the optimum ignition point; - increase the engine compression ratio by means of the compression ratio variation mechanism (25) when the ignition point is advanced to the center value or optimum ignition point; - wait for a predetermined engine operating distance or wait for the next engine operating cycle or wait for any detonation sensor intervention (20) to read again. 2. Método de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: - verificação das condições para o início da lógica de controle; - verificação se a lógica de controle está sendo utilizada no ciclo de funcionamento atual do motor; - verificação se o motor está funcionando para uma distância predeterminada ou tempo sem a ocorrência de detonação; - inicialização ou atualização de uma aprendizagem em busca do ponto ótimo ou valor central de ignição; - comparação dos pontos ótimos de ignição obtidos com um mapa básico obtido em função dos valores-limite para a detonação e o torque mínimo para cada condição de funcionamento do motor.Control method according to Claim 1, characterized in that it further comprises the steps of: - verifying the conditions for initiating the control logic; - Check if control logic is being used in the current motor duty cycle; - Check if the engine is running for a predetermined distance or time without detonation occurring; - Initiation or updating of a learning in search of the optimal point or central value of ignition; - comparison of optimum ignition points obtained with a basic map obtained as a function of the detonation limit values and the minimum torque for each engine operating condition.
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