BRPI0818143B1 - motor de combustão interna - Google Patents

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BRPI0818143B1
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reform
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catalyst
internal combustion
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Yahagi Hideo
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Toyota Motor Co Ltd
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Abstract

motor de combustão interna a presente invenção refere-se à execução do controle de reforma sob uma temperatura adequada dependendo de uma propriedade do combustível e à melhora da eficiência do controle de reforma e da emissão de escape. um catalisador de reforma de combustível (28) é instalado em um motor de combustão interna (10), o catalisador (28) gerando um gás combustível a partir de um combustível de reforma pela utilização do calor do gás de escape. no controle de reforma, o gás combustível gerado pela ação do catalisador de reforma de combustível (28) é recirculado para dentro do sistema de admissão. a ecu (50) varia a temperatura limite inferior (t0) do controle de reforma dependendo de uma proporção de mistura de uma gasolina e de um etanol no combustível de reforma. se a temperatura (t) do catalisador de reforma de combustível (28) for menor do que a temperatura limite inferior (t0), a ecu (50) suspende a injeção do combustível de reforma. portanto, isto pode aumentar a faixa de temperatura para executar o controle de reforma o máximo possível, e sempre executar o controle de reforma sob a condição de temperatura adequada.

Description

Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se com um motor de combustão interna no qual combustível misturado de gasolina e álcool é utilizado de forma adequada. Mais particularmente, a presente invenção referese com um motor de combustão interna no qual o gás combustível gerado a partir do combustível é adicionado para a mistura de ar - combustível.
Antecedentes da Técnica [002] Um motor de combustão interna que reforma o combustível em gás combustível pela utilização do calor do gás de escape é conhecido como descrito, por exemplo, no Documento de Patente 1 (JPA-2006-226167). Tal motor de combustão interna da técnica anterior é equipado com um catalisador de reforma de combustível para executar um controle (controle de reforma) para gerar gás combustível a partir do combustível pela utilização da reação de reforma do vapor.
[003] O catalisador de reforma do combustível pode gerar o gás combustível a partir do combustível de forma eficiente em uma faixa de temperatura específica que é adequada para a reação de reforma. Portanto, na disposição da técnica anterior, o controle da operação pode ser executado de modo que a temperatura do catalisador seja elevada, ou o fornecimento do combustível para o catalisador é suspenso quando a temperatura do catalisador de reforma do combustível é inferior à temperatura específica.
[004] [Documento de Patente 1] JP-A-2006-226167
Descrição da Invenção
Problemas a serem Resolvidos pela Invenção [005] Na técnica anterior mencionada acima, combustível misturado de gasolina e álcool pode ser utilizado como um combustível su
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2/22 jeito ao controle de reforma. Em tal motor de combustão interna, a temperatura na qual o controle de reforma pode ser executado está apta a ser afetada por uma propriedade do combustível (uma proporção de mistura de gasolina e álcool).
[006] Portanto, pode surgir um problema pelo fato de que a eficiência do controle da reforma é deteriorada como resultado do fato de que o fornecimento de combustível para o catalisador de reforma do combustível é suspenso mesmo sob uma temperatura na qual o controle da reforma pode ser executado dependendo de uma propriedade do combustível na disposição da técnica anterior. Além disso, pode existir uma possibilidade de que o combustível seja acidentalmente fornecido para o catalisador de reforma do combustível, mesmo sob uma temperatura que seja muito baixa para executar o controle da reforma. Neste caso, surge um problema pelo fato de que o combustível é deixado no catalisador, desse modo piorando a emissão de escape.
[007] A presente invenção foi elaborada para resolver o problema precedente. Além disso, é um objetivo da presente invenção proporcionar um motor de combustão interna que possa executar o controle de reforma na temperatura adequada em relação a uma propriedade do combustível, e aperfeiçoar a eficiência do controle de reforma e da emissão de escape, no caso da utilização de um combustível misturado de gasolina e álcool.
Dispositivo para Resolver o Problema [008] Um primeiro aspecto da presente invenção é um motor de combustão interna, compreendendo:
[009] um catalisador de reforma de combustível incluindo um dispositivo de aquecimento, o catalisador de reforma de combustível gerando um gás combustível a partir de um combustível de reforma pela utilização de calor do dispositivo de aquecimento;
[0010] um dispositivo de fornecimento de combustível de reforma
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3/22 fornecendo combustível misturado de gasolina e álcool para o catalisador de reforma de combustível como o combustível de reforma;
[0011] um meio de aquisição de temperatura adquirindo uma temperatura do catalisador de reforma de combustível;
[0012] um dispositivo de detecção de proporção da mistura detectando uma proporção de mistura de gasolina e de álcool contida no combustível de reforma;
[0013] um meio de cálculo de temperatura limite inferior de forma variável estabelecendo uma temperatura limite inferior necessária para ativar o catalisador de reforma de combustível baseado na proporção de mistura detectada pelo dispositivo de detecção de proporção de mistura; e [0014] um meio de suspensão de combustível de reforma suspendendo o fornecimento do combustível de reforma quando a temperatura adquirida pelo meio de aquisição de temperatura é inferior à temperatura limite inferior.
[0015] Em um segundo aspecto da presente invenção, o meio de cálculo de temperatura limite inferior é configurado de modo a estabelecer a temperatura de limite inferior como sendo mais elevada à medida que a proporção de mistura da gasolina no combustível de reforma aumenta.
[0016] Em um terceiro aspecto da presente invenção, o meio de aquisição de temperatura estima a temperatura do catalisador de reforma de combustível baseado em uma condição de operação do motor de combustão interna, e [0017] o motor de combustão interna adicionalmente compreendendo um meio de correção de temperatura estimada corrigindo o resultado estimado da dita temperatura baseado em uma quantidade de fornecimento do combustível de reforma.
[0018] Em um quarto aspecto da presente invenção, o meio de
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4/22 correção de temperatura estimada corrige o resultado estimado da dita temperatura de modo a ser diminuída à medida que a quantidade de fornecimento do combustível de reforma aumenta.
[0019] Em um quinto aspecto da presente invenção, o dispositivo de aquecimento inclui um trocador de calor que aquece o catalisador de reforma de combustível pela utilização do calor do gás de escape. Vantagens da Invenção [0020] De acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, o dispositivo de cálculo de temperatura de limite inferior pode variar o limite de temperatura inferior no qual o controle de reforma é executado dependendo de uma proporção da mistura do combustível de reforma. Adicionalmente, torna-se possível permitir a injeção do combustível de reforma somente quando o catalisador de reforma de combustível está em uma temperatura adequada e suspender a injeção do combustível de reforma em outra temperatura pela execução de um julgamento de temperatura utilizando a temperatura limite inferior.
[0021] Portanto, é possível aumentar a faixa de temperatura para executar o controle de reforma o máximo possível de modo que o controle da reforma seja sempre executado de forma estável sob uma condição de temperatura adequada, mesmo em um caso onde a proporção da mistura do combustível de reforma altera-se. Portanto, a eficiência do controle de reforma é melhorada de modo que a eficiência do consumo de combustível e da emissão de escape seja melhorada.
[0022] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, o meio de cálculo de temperatura limite inferior pode estabelecer o limite inferior da temperatura para ser um valor mais elevado à medida que a proporção de mistura de gasolina no combustível de reforma aumenta. Portanto, por exemplo, em um caso onde é utilizado um combustível que possui baixa reatividade para a reação de reforma
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5/22 devido a uma alta taxa de conteúdo de gasolina, o controle de reforma é executado somente em uma faixa de temperatura comparativamente alta. Como resultado, o combustível de reforma é impedido de ser injetado sob uma condição de baixa temperatura que é inadequada para a reação de reforma, de modo que o catalisador de reforma de combustível fica protegido de adesão do combustível.
[0023] Por outro lado, em um caso onde é utilizado um combustível que possui uma baixa taxa de conteúdo de gasolina (ou seja, um combustível que possui uma alta taxa de conteúdo de álcool, de modo a possuir alta reatividade para a reação de reforma), o meio de cálculo de temperatura limite inferior pode estabelecer a temperatura limite inferior como sendo um valor mais baixo dependendo da proporção de mistura do combustível, desse modo aumentando a faixa de temperatura para executar o controle de reforma o máximo possível.
[0024] De acordo com o terceiro aspecto da presente invenção, o meio de correção de temperatura estimada pode corrigir um resultado estimado de uma temperatura do catalisador de reforma de combustível em relação a uma quantidade fornecida de combustível de reforma. Portanto, é possível refletir a influência da evaporação do combustível no resultado estimado da temperatura, mesmo se o combustível evaporar próximo do catalisador de reforma de combustível. Por consequência, a temperatura do catalisador de reforma de combustível é estimada de forma precisa. Portanto, o julgamento da temperatura utilizando a temperatura limite inferior é realizado de forma precisa, de modo que o controle de reforma seja executado em um tempo apropriado.
[0025] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, um calor da evaporação irradiado a partir do catalisador de reforma de combustível quando o combustível de reforma evapora aumenta à medida que uma quantidade de injeção do combustível de reforma
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6/22 aumenta. Portanto, o meio de correção de temperatura estimada pode corrigir o resultado estimado da temperatura para ser menor à medida que a quantidade de fornecimento do combustível de reforma aumenta. Por consequência, é possível estimar de forma precisa a temperatura do catalisador de reforma de combustível mesmo se a quantidade de injeção do combustível de reforma alterar.
[0026] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, o trocador de calor pode aquecer o catalisador de reforma de combustível pela utilização do calor do gás de escape. Portanto, é possível construir um sistema do tipo coleta de calor do gás de escape. De acordo com este sistema, a eficiência da operação pode ser melhorada devido ao fato de que não é necessário utilizar um aquecedor e nem energia de aquecimento para aquecer o catalisador.
Breve Descrição dos Desenhos [0027] A Figura 1 é uma figura da configuração total para descrever a configuração do sistema de acordo com a primeira concretização da presente invenção;
[0028] A Figura 2 é uma figura de uma linha característica que apresenta uma relação entre a proporção de mistura de gasolina em um combustível de reforma e uma temperatura limite inferior do controle de reforma;
[0029] A Figura 3 é um desenho explicativo para apresentar um conteúdo de correção para corrigir uma temperatura estimada de um catalisador de combustível de reforma baseado em uma quantidade de injeção do combustível de reforma; e [0030] A Figura 4 é um fluxograma de uma rotina executada na primeira concretização da presente invenção.
Melhor Modo para Realizar a Invenção
Primeira Concretização [Configuração de uma primeira concretização]
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7/22 [0031] Uma primeira concretização da presente invenção será descrita abaixo com referência às Figuras 1 a 4. A Figura 1 é uma figura da configuração total para descrever a configuração do sistema de primeira concretização. O sistema da primeira concretização possui um motor de combustão interna 10, por exemplo, do tipo com vários cilindros. Um motor de combustão interna 10 é levado a funcionar com o combustível misturado de gasolina e álcool. Nesta concretização, o combustível misturado é constituído de gasolina e etanol, por exemplo. [0032] Um tubo de admissão 12 do motor de combustão interna 10 está conectado com uma abertura de admissão de cada cilindro através de um coletor de admissão 14. Uma válvula de regulagem do tipo eletromotora 16 para ajustar a quantidade de ar de admissão é instalada no meio do tubo de admissão 12. Adicionalmente, um dispositivo de injeção de combustível 18 que é constituído por uma válvula eletromagnética é instalado na abertura de admissão de cada cilindro para injetar um combustível.
[0033] Um tubo de escape 20 do motor de combustão interna 10 está conectado com uma abertura de escape de cada cilindro através de um coletor de escape 22. Um trocador de calor 24 como um dispositivo de aquecimento é instalado no meio do tubo de escape 20. Vários espaços de reforma 26 estão dispostos no trocador de calor 24 enquanto estando separados por uma distância um do outro. O catalisador de reforma de combustível 28 contendo um material de metal, tal como Rh, Co ou Ni, é suportado nos espaços de reforma 26.
[0034] As passagens de escape 30 cortadas a partir dos espaços de reforma 26 são proporcionadas entre cada espaço de reforma 26. Estas passagens de escape 30 estão conectadas com um meio do tubo de escape 20. De acordo com o trocador de calor 24 configurado deste modo, é possível aquecer os espaços de reforma 26 (o catalisador de reforma de combustível 28) pela utilização do calor do gás de
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8/22 escape passando através da passagem de escape 30. Por este calor, o catalisador de reforma de combustível 28 pode causar a reação de reforma.
[0035] Um tubo desviado 32 está conectado com o tubo de escape
20. O tubo desviado 32 é desviado a partir do tubo de escape 20 no lado à montante do trocador de calor 24. O lado a jusante do tubo desviado 32 é conectado com o espaço de reforma 26 do trocador de calor 24. Um injetor de combustível de reforma 34 como um dispositivo de fornecimento de combustível de reforma é instalado no meio do tubo desviado 32. O injetor de combustível de reforma 34 é constituído por uma válvula eletromagnética de modo a injetar e fornecer combustível (daqui para frente, referido como combustível de reforma) dentro do gás de escape fluindo através do tubo desviado 32.
[0036] De acordo com esta configuração, uma parte do gás de escape fluindo através do tubo de escape 20 é dirigido para dentro do espaço de reforma 26 via o tubo desviado 32, e é fornecido com o combustível de reforma pelo injetor de combustível de reforma 34. O gás de mistura deste gás de escape com o combustível de reforma flui para o espaço de reforma 26, e causa uma reação de reforma descrita posteriormente por um efeito do catalisador de reforma de combustível
28.
[0037] O gás reformado gerado pela reação de reforma é circulado novamente para o tubo de escape 12 através de uma passagem de gás de reforma 36 de modo a ser misturado com o ar de admissão. Um resfriador de gás 38 para resfriar o gás de reforma e uma válvula eletromagnética de regulagem de fluxo 40 para regular um volume de recirculação do gás reformado são instalados nas passagens de gás de reforma 36.
[0038] O gás de escape restante que não flui para o tubo desviado dentre o gás de escape fluindo através do tubo de escape 20 passa
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9/22 pela passagem de escape 30 do trocador de calor 24 de modo a fornecer calor para o espaço de reforma 26. Então, o gás de escape é purificado por um catalisador de purificação de escape 42 constituído por um catalisador tripartite ou coisa parecida enquanto sendo instalado no tubo de escape 20, depois disso sendo exaurido para o exterior. [0039] No motor de combustão interna 10, um combustível misturado de gasolina e álcool é reservado em um tanque de combustível
44. Uma bomba de combustível (não-mostrada pelo diagrama) para pressurizar o combustível no tanque para enviar o mesmo para fora é conectado com o tanque de combustível 44. Um tubo de combustível 46 para fornecer o combustível descarregado a partir da bomba de combustível para o dispositivo de injeção de combustível 18 e para o injetor de combustível de reforma 34, respectivamente, é conectado com o lado de escape da bomba de combustível.
[0040] Adicionalmente, o sistema da primeira concretização possui uma ECU (Unidade Eletrônica de Controle) 50. A ECU 50 é constituída por um microcomputador possuindo um circuito de memória tal como ROM e RAM. Um sistema sensor incluindo um sensor de propriedade do combustível 52, um sensor de temperatura do catalisador 54, um sensor de gás de escape 56, e similares, é conectado com o lado de entrada da ECU 50.
[0041] O sensor de propriedade de combustível 52 é instalado, por exemplo, no tubo de combustível 46 de modo a constituir um dispositivo de detecção de proporção de mistura que detecta uma proporção de mistura de gasolina e álcool no combustível. O sensor de temperatura do catalisador 54 é instalado no espaço de reforma 26 do trocador de calor 24 de modo a detectar uma temperatura do espaço de reforma 26 (catalisador de reforma de combustível 28). O sensor de gás de escape 56 é instalado no tubo de escape 20 de modo a emitir um sinal de detecção correspondendo à densidade de oxigênio no gás de esPetição 870190053905, de 12/06/2019, pág. 14/33
10/22 cape.
[0042] Além disso, o sistema sensor inclui alguns sensores gerais utilizados no controle de operação do motor de combustão interna 10, tal como um sensor rotativo para detectar a velocidade do motor, um medidor de fluxo de ar para detectar a quantidade do ar de admissão, um sensor de temperatura da água para detectar uma temperatura de uma água refrigerante do motor, um sensor de posição do acelerador para detectar uma posição de um acelerador.
[0043] Por outro lado, vários atuadores incluindo a válvula borboleta descrita acima 16, o dispositivo de injeção de combustível 18, o injetor de combustível de reforma 34 e a válvula de regulagem de fluxo 40 estão conectados com o lado de saída da ECU 50. Adicionalmente, a ECU 50 executa um controle de operação pelo acionamento dos vários atuadores enquanto detectando as condições operacionais do motor de combustão interna 10 através do sistema sensor.
[0044] Neste controle de operação, a quantidade de injeção de combustível é calculada baseada em uma quantidade de ar de admissão ou similares, de modo a injetar o combustível correspondendo ao resultado calculado a partir do dispositivo de injeção 18. Em adição, a proporção de ar - combustível do gás de escape fluindo para o catalisador de purificação de escape 42 é controlada de modo a substancialmente coincidir com a proporção ar - combustível teórica pela execução de um controle de realimentação de proporção ar - combustível enquanto utilizando um sinal detectado do sensor de gás de escape 56.
[0045] Controle de reforma [0046] Como dito a seguir, a ECU 50 executa um controle de reforma de modo que o gás combustível (gás reformado) gerado pela reação de reforma entre o gás de exaustão e o combustível de reforma seja recirculado para dentro de admissão 12. No controle de reforma,
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11/22 o gás de mistura gerado pela injeção do combustível de reforma via o injetor de combustível de reforma 34 para dentro do gás de escape fluindo através do tubo desviado 32 é fornecido para o espaço de reforma 26. Então, a ECU 50 calcula uma quantidade de injeção (quantidade de fornecimento) do combustível de reforma baseada, por exemplo, em uma condição de operação do motor de combustão interna 10, na proporção de mistura do combustível, na temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 e similar.
[0047] Como resultado, o etanol no gás de mistura causa que a reação de reforma (reação de reforma de vapor) no espaço de reforma 26 com o vapor e dióxido de carbono no gás de escape por um efeito do catalisador de reforma de combustível 28. Como apresentado na seguinte equação química (1), a reação de reforma do vapor gera hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO).
C2H5OH + 0,4CO2 + 0,6H2O + 2,3N2 + Q1
3,6H2 + 2,4CO + 2,3N2 ... (1) [0048] Por outro lado, a gasolina no gás de mistura também causa a reação de reforma com um vapor e um dióxido de carbono no gás de escape, como apresentado na seguinte equação química (2).
1,56(7,6CO2 + 6,8H2O + 40,8N2) + 3C? . 6H13.6 + Q2
31H2 + 34,7CO + 63,6N2 ... (2) [0049] A quantidade de calor Q1 na equação química (1) e a quantidade de calor Q2 na equação química (2) são quantidades de calor da reação absorvidas durante a reação de reforma. A saber, as quantidades de calor incluídas no gás reformado apresentado no lado direito das equações químicas (1) e (2) acima são maiores do que as quantidades de calor incluídas nos materiais apresentados no lado esquerdo destas equações, desde que estas reações de reforma sejam a reação endotérmica.
[0050] Por consequência, o trocador de calor 24 pode transmitir
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12/22 um calor do gás de escape fluindo através da passagem de escape 30 para o espaço de reforma 26 (catalisador de reforma de combustível 28), de modo que o calor seja absorvido pela reação de reforma acima. Em outras palavras, o sistema da primeira concretização pode converter o combustível de reforma para os materiais (H2 e CO) que possuem quantidade de calor aumentada pela correção e pela utilização do calor do gás de escape.
[0051] É para ser observado que é requerido que o catalisador de reforma de combustível 28 esteja, por exemplo, igual ou maior do que 600 graus Celsius de modo a iniciar a reação de reforma, desde que a quantidade de calor Q2 necessária para a reação de reforma da gasolina é muito grande. Portanto, durante o funcionamento do motor de combustão interna 10, a reação de reforma do etanol ocorre de forma estável através de uma ampla zona de operação. Por outro lado, a reação de reforma da gasolina ocorre de forma eficiente somente na zona de operação de alta velocidade / alta carga, o que faz uma temperatura do gás de escape aumentar.
[0052] O gás reformado gerado pela reação de reforma acima flui para o tubo de admissão 12 através das passagens de gás de reforma 36 de modo a ser misturado com o ar de admissão. Neste estágio, a ECU 50 controla um volume de recirculação do gás reformado fluindo para o tubo de admissão 12 pela válvula de regulagem de fluxo 40. Então, o gás reformado flui para dentro dos cilindros do motor de combustão interna 10 com o ar de admissão. Como resultado, H2 e CO no gás reformado queimam com o combustível injetado pelo dispositivo de injeção de combustível 18 nos cilindros.
[0053] Como descrito acima, a quantidade de calor do gás reformado é aumentada comparada com esta do combustível anterior pela quantidade de calor corrigida a partir do gás de escape pelo trocador de calor 24 neste caso. Portanto, é possível melhorar a eficiência do
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13/22 consumo de combustível do motor de combustão interna 10 devido ao fato de que a eficiência do calor do sistema como um todo aumenta quando o gás reformado é queimado no motor de combustão interna 10. Em adição, o trocador de calor 24 pode aquecer o catalisador de reforma de combustível 28 pela utilização do calor do gás de escape, sem um aquecedor e energia para aquecer o catalisador. Portanto, é possível construir um sistema de um tipo de correção de calor de escape possuindo uma alta eficiência operacional.
[0054] Adicionalmente, a recirculação do gás reformado para dentro do sistema de admissão obtém um efeito de EGR (Recirculação de Gás de Escape). Em geral, existe um limite na taxa de EGR desde que o estado de combustão se torna instável à medida que a taxa de EGR aumenta. Entretanto, de acordo com o sistema da primeira concretização, é possível elevar o limite superior da taxa de EGR desde que o gás de EGR é constituído pelo gás reformado que contém H2 com alta capacidade de combustão. Por consequência, torna-se possível recircular uma grande quantidade de gás reformado para dentro do sistema de admissão, e isto pode melhorar a eficiência do consumo de combustível e de emissão de escape.
Parte característica da primeira concretização [0055] Como pode ser entendido a partir da descrição acima, a reação de reforma não é continuada de forma suave quando a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 é muito baixa. Se o combustível de reforma for injetado a partir do injetor de combustível de reforma 34 sob tal situação, surge uma possibilidade de que a emissão seja deteriorada devido ao combustível de reforma permanecendo no catalisador em um estado não reagido ou de que a temperatura do catalisador 28 seja elevada para um nível alto não usual devido à queimação desnecessária do combustível restante que ocorre subsequentemente.
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14/22 [0056] Para evitar coisas como estas, é preferível que a injeção do combustível de reforma seja suspensa quando a temperatura do catalisador 28 é menor do que uma temperatura mínima de operação que é necessária para o catalisador 28 causar a reação de reforma de forma estável. Entretanto, a temperatura mínima de operação altera dependendo de uma proporção da mistura de gasolina e etanol no combustível.
[0057] Assim, no sistema da primeira concretização, a ECU 50 varia a temperatura limite inferior T0 correspondendo à temperatura mínima de operação dependendo da proporção de mistura do combustível de reforma. Adicionalmente, quando a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 (a temperatura estimada T a ser descrita posteriormente) é menor do que a temperatura limite inferior T0, a ECU 50 suspende a injeção do combustível de reforma. A Figura 2 é uma figura de uma linha característica que apresenta uma relação entre a proporção de mistura de gasolina no combustível de reforma e a temperatura limite inferior T0 do controle de reforma. Os dados desta linha característica são armazenados na ECU 50 anteriormente.
[0058] Como apresentado na Figura 2, o sistema da primeira concretização estabelece a temperatura limite inferior T0 como sendo mais alta à medida que a proporção de mistura de gasolina no combustível de reforma aumenta. Isto é baseado na seguinte razão. Como descrito acima, o controle de reforma causa a reação de reforma pela utilização de água no gás de escape. Nesta reação, o álcool, tal como o etanol, é mais responsivo do que a gasolina devido a ter hidroxila.
[0059] Portanto, à medida que a proporção de mistura de etanol no combustível aumenta, a reação de reforma torna-se apta a ser iniciada em uma temperatura mais baixa durante o controle de reforma. Ou seja, à medida que a proporção de mistura de gasolina no combustível aumenta, a temperatura mínima de operação do catalisador de
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15/22 reforma de combustível 28 torna-se mais alta desde que se torna difícil causar a reação de reforma em uma temperatura mais baixa. Portanto, a linha característica da temperatura limite inferior To apresentada na Figura 2 pode ser obtida pela especificação de uma relação entre a proporção de mistura do combustível de reforma e a temperatura mínima de operação do catalisador 28 em um experimento.
[0060] Como descrito acima, pela primeira concretização, é possível variar a temperatura limite inferior To do controle de reforma dependendo da proporção de mistura do combustível de reforma. Adicionalmente, torna-se possível injetar o combustível de reforma somente quando o catalisador de reforma de combustível 28 está em uma temperatura adequada, e suspender a injeção do combustível de reforma em qualquer outra temperatura pela execução de um julgamento de temperatura utilizando a temperatura limite inferior. Portanto, é sempre possível executar o controle de reforma de forma estável sob uma condição adequada de temperatura mesmo se a proporção de mistura do combustível de reforma alterar.
[0061] Para descrever em detalhes, quando a proporção de mistura de gasolina no combustível de reforma é alta, a temperatura limite inferior To é estabelecida para ser um valor alto. Ou seja, em um caso onde o combustível que possui baixa reatividade para a reação de reforma devido ao alto conteúdo de gasolina é utilizado, o controle de reforma somente é executado dentro de uma faixa de temperatura comparativamente alta. Portanto, é possível impedir o combustível de reforma de ser injetado sob uma condição de baixa temperatura inadequada para a reação de reforma. Como resultado, o catalisador de reforma de combustível 28 é protegido contra a adesão do combustível.
[0062] Por outro lado, em um caso onde é utilizado o combustível que possui baixo conteúdo de gasolina (ou seja, possuindo alto conte
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16/22 údo de etanol e alta reatividade para a reação de reforma), é possível estabelecer a temperatura limite inferior To para ser um valor mais baixo baseado em uma proporção de mistura do combustível. Isto pode aumentar a faixa de temperatura para executar o controle de reforma o máximo possível. Portanto, é possível melhorar a eficiência do controle de reforma de modo a melhorar a eficiência de consumo de combustível e da emissão de escape.
Estimativa de temperatura do catalisador de reforma de combustível [0063] No sistema da primeira concretização, a ECU 50 é configurada de modo a estimar uma temperatura do catalisador de reforma de combustível 28. Neste processo de estimativa, primeiramente, a ECU 50 detecta as condições de operação do motor de combustão interna 10, tal como a velocidade do motor, uma quantidade de ar de admissão, uma condição de carga e assim por diante. Em adição, a ECU 50 mede um período de tempo durante o qual o motor continua a funcionar desde a partida. Com o uso destas condições de operação e do período de tempo, a ECU 50 calcula uma temperatura estimada T do catalisador de reforma do combustível 28 de um modo outrora conhecido.
[0064] Ou seja, a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 aumenta, por exemplo, quando uma operação de alta velocidade ou de alta carga é executada, ao passo que diminui quando uma operação de baixa velocidade ou de baixa carga é executada. Em adição, a temperatura do catalisador 28 aumenta à medida que o tempo de duração da operação se torna de mais longo para curto, enquanto a partir da partida do motor de combustão interna 10. Portanto, a temperatura estimada T do catalisador 28 pode ser calculada baseada nestas tendências.
Correção da temperatura estimada [0065] Quando o combustível de reforma é injetado pelo injetor de
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17/22 combustível de reforma 34 tiver chegado a uma posição do catalisador de reforma de combustível 28 através do tubo desviado 32, o combustível de reforma evapora a partir de uma superfície e de uma vizinhança do catalisador 28 pelo calor do gás de escape fluindo através da passagem de escape 30.
[0066] Desde que a evaporação absorva o calor da evaporação a partir dos arredores do catalisador 28, a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 diminui.
[0067] Por consequência, o sistema da primeira concretização é configurado de modo a corrigir a temperatura estimada T baseado em uma quantidade de injeção do combustível de reforma. A Figura 3 é um desenho explicativo para apresentar uma relação entre as temperaturas de correção estimadas antes e depois T e uma quantidade de injeção do combustível de reforma. A linha tracejada alternada longa e curta na Figura 3 apresenta a temperatura estimada T antes da correção, correspondendo a uma condição na qual a quantidade de injeção do combustível de reforma é zero. A linha contínua na Figura 3 apresenta a temperatura estimada T após a correção.
[0068] O calor de evaporação irradiado a partir do catalisador de reforma do combustível 28 com a evaporação do combustível de reforma aumenta à medida que a quantidade de injeção do combustível de reforma aumenta. Portanto, como apresentado na Figura 3, a ECU 50 executa a correção de modo que a temperatura estimada T seja diminuída à medida que a quantidade de injeção do combustível de reforma aumenta. Deve ser observado que a correção apresentada na Figura 3 é meramente um exemplo na primeira concretização. A correção não limita a presente invenção.
[0069] De acordo com esta correção, um efeito da evaporação do combustível pode ser refletido para a temperatura estimada T mesmo em um caso onde o combustível de reforma evapora próximo do cataPetição 870190053905, de 12/06/2019, pág. 22/33
18/22 lisador de reforma de combustível 28 como apresentado na primeira concretização. Adicionalmente, é possível estimar de forma precisa a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 mesmo em um caso onde a quantidade de injeção do combustível de reforma varia. Portanto, é possível executar de forma precisa o julgamento de temperatura mencionado acima utilizando a temperatura limite inferior To de modo a executar o controle da reforma no momento correto. Detalhes do Processo Executado pela Primeira Concretização [0070] A Figura 4 é um fluxograma da rotina executada pela ECU para realizar a operação da primeira concretização. A rotina apresentada na Figura 4 é iniciada na mesma hora que o motor de combustão interna da partida, e é repetida durante um intervalo de tempo fixo.
[0071] Primeiro de tudo, na etapa 100, um sinal detectado do sensor de propriedade do combustível 52 é lido. Na etapa 102, uma proporção da mistura do combustível é calculada com o uso do sinal detectado. Então, na etapa 104, uma temperatura limite inferior To para o controle da reforma é calculada baseado na proporção da mistura do combustível por referência aos dados d linha característica apresentados na Figura 2 e armazenados anteriormente na ECU 50.
[0072] A seguir, na etapa 106, uma temperatura estimada T do catalisador de reforma de combustível 28 é calculada baseada na condição de operação do motor de combustão interna 10 e na quantidade de tempo durante o qual o motor continua a funcionar. Adicionalmente, na etapa 108, a temperatura estimada T é corrigida baseada na quantidade de injeção do combustível de reforma. A quantidade de injeção do combustível de reforma utilizada nesta correção é definida como a quantidade total do combustível que influencia a temperatura atual do catalisador de reforma de combustível 28. Falando de forma concreta, por exemplo, a quantidade do combustível de re
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19/22 forma injetada enquanto a repetição da etapa 106 até a etapa 118 é executada no último ciclo de tempo pode ser utilizada para a correção da temperatura estimada T no ciclo corrente.
[0073] A seguir, na etapa 110, é julgado se a temperatura estimada T do catalisador de reforma de combustível 28 é maior ou igual à temperatura limite inferior T0. Se o resultado do julgamento indicar que a temperatura estimada T é maior ou igual à temperatura limite inferior T0, a rotina vai para a etapa 114 até 118 a serem descritas posteriormente devido ao fato de que o catalisador de reforma de combustível 28 foi moderadamente aquecido.
[0074] Por outro lado, se o resultado do julgamento da etapa 110 indicar que a temperatura estimada T é inferior à temperatura limite inferior T0, a rotina vai para a etapa 112 devido ao fato de que a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 é muito baixa para executar o controle de reforma. Então, na etapa 112, a injeção do combustível de reforma é suspensa de modo a terminar o presente ciclo.
[0075] A seguir, na etapa 114, a quantidade de injeção do combustível de reforma é corrigida baseada na temperatura estimada T para injetar o combustível de reforma. A maior a quantidade de combustível que o catalisador de reforma de combustível 28 pode tratar depende de uma temperatura do catalisador 28. Portanto, o processo da etapa 114 pode evitar uma condição na qual uma parte do combustível de injeção é deixado no catalisador 28. Em adição, a quantidade básica de injeção do combustível de reforma é decidida, por exemplo, de acordo com uma condição de operação do motor de combustão interna 10, com uma proporção de mistura do combustível, com a temperatura do catalisador de reforma do combustível 28 e similares.
[0076] Então, na etapa 116, o combustível de reforma correspondendo à quantidade corrigida é injetado no tubo desviado 32 a partir
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20/22 do injetor de combustível de reforma 34. Por consequência, o gás de reforma é gerado devido ao efeito do catalisador de reforma de combustível 28 como descrito acima. Este gás de reforma é recirculado para dentro do sistema de admissão por um volume correspondendo à abertura da porta da válvula de regulagem de fluxo 40. Em adição, a ECU 50 executa uma rotina de controle da válvula de regulagem de fluxo 40 em paralelo com a rotina apresentada na Figura 4 apesar da primeira rotina de controle ser omitida de apresentação por uma figura. [0077] A seguir, na etapa 118, é julgado se o tempo para terminar o controle de reforma passou, por exemplo, julgando se uma quantidade desejada do combustível de reforma é realmente injetada. Se for julgado que o tempo passou, o controle de reforma é imediatamente terminado. Por outro lado, se for julgado que o tempo ainda não passou, a repetição da etapa 106 até a etapa 118 é repetidamente executada até que o tempo para terminar o controle de reforma tenha passado.
[0078] Como descrito acima em detalhes, de acordo com a primeira concretização, é possível estabelecer a temperatura limite inferior T0 do controle de reforma para um valor adequado baseado em uma propriedade do combustível. Portanto, é possível aumentar a faixa de temperatura na qual o controle de reforma é executado o máximo possível, de modo a sempre executar o controle de reforma sob uma condição de temperatura adequada.
[0079] Nas primeiras concretizações da presente invenção descritas até agora, a etapa 106 na Figura 4 representa os exemplos específicos do meio de aquisição de temperatura . A etapa 104 representa exemplos específicos do meio de cálculo de temperatura limite inferior e a etapa 112 representa exemplos específicos do meio de suspensão de combustível de reforma. Adicionalmente, a etapa 108 representa exemplos específicos do meio de correção de temperatura estimada.
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21/22 [0080] De acordo com a primeira concretização da presente invenção, a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 é estimada com o uso do software. A presente invenção não está limitada ao uso deste processo de estimativa. Alternativamente, o sensor de temperatura do catalisador 54 pode ser utilizado como o meio de aquisição de temperatura . Ou seja, o sensor de temperatura do catalisador 54 pode detectar a temperatura do catalisador de reforma de combustível 28 de modo que a ECU 50 estabeleça de forma variável a temperatura limite inferior T0 baseada no resultado detectado.
[0081] De acordo com a primeira concretização da presente invenção, um combustível misturado de gasolina e de etanol é utilizado como o combustível de reforma. A presente invenção não está limitada a isto. Alternativamente, um combustível misturado de gasolina e outro tipo de álcool, tal como metanol, pode ser utilizado como o combustível de reforma.
[0082] Adicionalmente, de acordo com a primeira concretização da presente invenção, o catalisador de reforma de combustível 28 é aquecido pela utilização do calor do gás de escape. A presente invenção não está limitada ao uso do calor de escape, sendo apta a ser aplicada para um motor de combustão interna que não corrige o calor do gás de escape. A saber, na presente invenção, o catalisador de reforma de combustível 28 pode ser aquecido por uma fonte de aquecimento sem ser o gás de escape (por exemplo, um aquecedor especial para o catalisador).
Listagem de Referência motor de combustão interna tubo de admissão coletor de admissão válvula borboleta dispositivo de injeção de combustível
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22/22 tubo de escape trocador de calor (dispositivo de aquecimento) espaços de reforma catalisador de reforma passagens de escape tubo desviado injetor de combustível de reforma (dispositivo de fornecimento de combustível de reforma) passagem de gás de reforma resfriador de gás válvula de regulagem de fluxo catalisador de purificação do escape tanque de combustível tubo de combustível
ECU sensor de propriedade do combustível (dispositivo de detecção de proporção da mistura) sensor de temperatura do catalisador sensor de gás de escape temperatura limite inferior

Claims (4)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Motor de combustão interna (10), caracterizado pelo fato de que compreende:
    um catalisador de reforma de combustível (28) incluindo um dispositivo de aquecimento (24), o catalisador de reforma de combustível (28) gerando um gás combustível a partir do combustível de reforma pela utilização de calor do dispositivo de aquecimento (24);
    dispositivo de fornecimento de combustível de reforma (34) fornecendo combustível misturado de gasolina e álcool para o catalisador de reforma de combustível (28) como o combustível de reforma;
    meio de aquisição de temperatura adquirindo uma temperatura (T) do catalisador de reforma de combustível (28);
    dispositivo de detecção de proporção da mistura (52) detectando uma proporção de mistura de gasolina e de álcool contida no combustível de reforma;
    meio de cálculo de temperatura limite inferior de forma variável estabelecendo uma temperatura limite inferior (T0) necessária para ativar o catalisador de reforma de combustível (28) baseado na proporção de mistura detectada pelo dispositivo de detecção de proporção de mistura; e meio de suspensão de combustível de reforma suspendendo o fornecimento do combustível de reforma quando a temperatura (T) adquirida pelo meio de aquisição de temperatura é inferior à temperatura limite inferior (T0); e em que o meio de cálculo de temperatura limite inferior é configurado de modo a estabelecer a temperatura limite inferior (T0) para ser mais alta conforme a proporção de mistura da gasolina no combustível de reforma aumenta.
  2. 2. Motor de combustão interna (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de aquisição de
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    2/2 temperatura estima a temperatura (T) do catalisador de reforma de combustível (28) baseado em uma condição de operação do motor de combustão interna (10), e o motor de combustão interna (10) ainda compreende um meio de correção de temperatura estimada corrigindo o resultado estimado da dita temperatura (T) baseado em uma quantidade de fornecimento do combustível de reforma.
  3. 3. Motor de combustão interna (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o meio de correção de temperatura estimada corrige o resultado estimado da dita temperatura (T) de modo a ser diminuída à medida que a quantidade de fornecimento do combustível de reforma aumenta.
  4. 4. Motor de combustão interna (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aquecimento (24) inclui um trocador de calor que aquece o catalisador de reforma de combustível (28) pela utilização do calor do gás de escape.
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