BRPI0710745A2

BRPI0710745A2 - dispositivo e processo para o controle de uma máquina de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0710745A2
Application number: BRPI0710745-5A
Authority: BR
Inventors: Thorsten Allgeier; Winfried Langer; Juergen Foerster; Jens Thurso
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2011-06-07
Also published as: WO2007131855A1; CN101443542B; CN101443542A; EP2019918B1; EP2019918A1; DE102006022801A1

Abstract

DISPOSITIVO E PROCESSO PARA O CONTROLE DE UMA MáQUINA DE COMBUSTãO INTERNA. A presente invenção refere-se a um dispositivo e a um processo para o controle de uma máquina de combustão interna (1) que, de modo opcional, pode ser operada com um combustível líquido ou com um combustível em forma de gás. Para o combustível em forma de gás estão previstas uma válvula redutora de pressão (4) e uma válvula de injeção de baixa pressão (6). Além disso, estão previstos meios de supervisão que, durante uma operação da máquina de combustão interna com o combustível líquido, reconhecem um aumento de pressão acima de um valor limite, em antes da válvula de injeção de baixa pressão (6), e para a redução da pressão providenciam uma injeção do combustível em forma de gás.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITI-VO E PROCESSO PARA O CONTROLE DE UMA MÁQUINA DE COMBUSTÃO INTERNA".

DESCRIÇÃO

ESTADO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a um dispositivo e processo parao controle de uma máquina de combustão interna de acordo com o gênerodas reivindicações de patente independentes. Do requerimento de patentealemã DE 10 2004 060905 já é conhecido um dispositivo para o controle deuma máquina de combustão interna, sendo que, de modo opcional, podeser operada com um combustível líquido ou com um combustível em formade gás. Para o combustível em forma de gás estão previstos um tanque dealta pressão, uma válvula redutora de pressão e uma válvula de injeção debaixa pressão.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

VANTAGENS DA INVENÇÃO

O dispositivo de acordo com a invenção e o processo de acordocom a invenção, com as características das reivindicações de patente inde-pendentes, em contrapartida, tem a vantagem que é impedida uma elevaçãoexcessiva da pressão antes da válvula de injeção de baixa pressão duranteuma operação com o combustível líquido. Através desta medida, é melhora-da a segurança da operação, em particular, a mudança confiável da opera-ção com o combustível líquido para a operação com o combustível em for-ma de gás. Deste modo, a cada instante poderá ser garantida uma mudança.

Outras vantagens e aperfeiçoamentos resultam através dasmedidas das reivindicações de patente dependentes. De modo particular-mente simples o reconhecimento da elevação da pressão antes da válvulade injeção de baixa pressão ocorre através do valor de comparação pelaavaliação do sinal de um sensor de pressão que está disposto entre a válvu-la redutora de pressão e a válvula de injeção de baixa pressão. De modoalternativo a isto, a pressão também pode ocorrer através de um cálculo ba-seado na elevação da temperatura da máquina de combustão interna. Nestecaso, pode ser dispensado um correspondente sensor de pressão antes daválvula de injeção de baixa pressão. De modo particularmente simples aredução de pressão ocorre pelo fato de que, é providenciada uma breve o-peração com o combustível em forma de gás. Uma redução de pressão par-ticularmente bem controlável pode ser conseguida, pelo fato de que, é oca-sionada uma operação simultânea com ambos combustíveis, de tal modoque, são injetadas somente pequenas quantidades de gás e uma corres-pondente redução da pressão não é percebida por um usuário da máquinade combustão interna. Em particular, no caso de sistemas com pressão bai-xa ajustável, a pressão pode ser reajustada para uma necessidade reduzi-da, em particular, para a partida com baixa tensão da bateria. Deste modo,poderá ocorrer um controle otimizado, respectivamente, adaptado ao estadode operação concreto, no qual a máquina de combustão interna será operada.

DESENHOS

Exemplos de execução da invenção estão representados nosdesenhos, e serão esclarecidos, em detalhes, na descrição seguinte. Sãomostrados na figura 1, uma máquina de combustão interna, com um disposi-tivo para o controle da máquina de combustão interna e na figura 2, umamáquina de combustão interna e um dispositivo para o controle da máquinade combustão interna.

DESCRIÇÃO

Na figura 1 é mostrada a câmara de combustão 1 de uma má-quina de combustão interna tipo Otto tradicional. Essa máquina de combus-tão interna pode ser operada tanto com um combustível em forma de gás,como também com um combustível líquido. Para a condução do combustí-vel em forma de gás está previsto um tanque de alta pressão 2, no qual estáarmazenado o combustível em forma de gás, por exemplo, gás natural comuma pressão de até cerca de 20 MPa. Através de um condutor de alta pres-são 3 o combustível em forma de gás é conduzido a uma válvula redutorade pressão 4. Na válvula redutora de pressão 4 o combustível em forma degás de alta pressão é reduzido da pressão de cerca de 20 MPa até umapressão baixa na ordem de grandeza de 0,5 a 0,8 MPa. De modo opcional,a altura da pressão baixa pode ser predeterminada através de um sinal deum controle motor 10. Contudo, também são possíveis válvulas redutoras depressão 4, que realizam somente uma pressão baixa predeterminada. Nestecaso também não é necessário nenhum condutor de ligação 11 entre o con-trole motor 10 e a válvula redutora de pressão 4. O combustível em formade gás, que agora é trazido para esta segunda pressão mais baixa é arma-zenado em um volume do reservatório 5 disposto após a válvula redutora depressão 4. O volume do reservatório 5 também pode simplesmente estar emum condutor de pressão baixa entre a válvula redutora de pressão 4 e umaválvula de injeção de baixa pressão 6. Ao volume do reservatório 5 estãoligadas uma ou mais válvulas de injeção 6. Neste caso, a título de exemplo,só é mostrada uma única válvula de injeção 6. Contudo, no número predo-minante de máquinas de combustão interna estão previstas mais válvulasde injeção, em particular, 4 válvulas de injeção, a fim de alimentar um núme-ro correspondente de câmaras de combustão com o combustível em formade gás.

Neste caso, a câmara de combustão 1 está representada so-mente de modo bem esquemático. Para dentro da câmara de combustão 1se projeta uma vela de ignição 7, que serve para a ignição da mistura de are combustível introduzida na câmara de combustão 1. A condução destamistura de ar e combustível ocorre pelo fato de que, através da válvula deinjeção 6 é injetado combustível em forma de gás no tubo de aspiração 8.Através do tubo de aspiração 8 flui uma corrente de ar, que desemboca nacâmara de combustão 1. Através de correspondentes válvulas de admissãoe de descarga, que, neste caso, não estão representadas por motivo de cla-reza, a admissão da mistura de ar e combustível na câmara de combustão 1é controlada. Através de uma faísca de ignição na vela 7, então, a misturade ar e combustível na câmara de combustão 1 é queimada e, através deum êmbolo, não representado, neste caso, é transformado em um movimen-to. Após a combustão, o produto da combustão é transportado para fora dacâmara de combustão 1 através de um tubo de gás de exaustão 9. Nestecaso, se trata de uma máquina de combustão interna Otto normal, como,em geral, é conhecida do especialista, em particular, para gasolina ou die-sel, mas do mesmo modo, também, para uma operação com gás.

Além disso, ainda está prevista uma válvula de injeção 20, que

desemboca diretamente na câmara de combustão 1. Esta válvula de injeçãoestá prevista para a injeção de um combustível líquido, em particular,gasolina ou diesel. Naturalmente, uma injeção de combustível líquido é pos-sível, do mesmo modo, no tubo de aspiração 8. Neste caso, por motivos declareza, e uma vez que eles não são significativos para o entendimento dainvenção, o correspondente tanque, os condutores e as bombas para ocombustível líquido não estão representados. Além disso, na figura 1 estámostrado um dispositivo para o controle da máquina de combustão interna,isto é, um aparelho de controle 10, que está ligado com vários componentesda máquina de combustão interna através de uma multiplicidade de condu-tores de ligação 11. Através de ordens de controle correspondentes para oscondutores de ligação 11 é comandada, por exemplo, a válvula de injeção 6e a válvula de injeção 20, a fim de, injetar uma quantidade definida de com-bustível em forma de gás no tubo de aspiração 8, ou uma quantidade cor-respondente de combustível líquido na câmara de combustão 1. Natural-mente uma injeção de combustível líquido é, do mesmo modo, possível notubo de aspiração 8. Neste caso, a vela de ignição 7 é controlada diretamen-te pelo aparelho de controle 10 o que deve ser entendido somente de modosimbólico. Para a produção de uma alta tensão, a maioria dos sistemas re-ais apresenta uma bobina de ignição disposta externamente ao aparelho decontrole 10, que é controlada pelo aparelho de controle e que, então, produzum correspondente sinal de alta tensão para a vela de ignição 7. Além dis-so, também é mostrado um condutor de controle 11, com o qual o aparelhode controle 10 controla a válvula redutora de pressão 4. Isto é, então, impor-tante, se, através da válvula redutora de pressão 4 puderem ser realizadaspressões de saída distintas. Através do condutor de controle 11 é ajustada,então, pelo aparelho de controle 10 uma correspondente pressão de saídada válvula redutora dê pressão 4. Contudo, para a operação de máquinasde combustão interna também são usadas válvulas redutoras de pressão 4que estão ajustadas a uma pressão de saída fixa e que, então, também nãonecessitam de nenhum condutor de ligação 11 entre o aparelho de controle10 e a válvula redutora de pressão 4.

Além disso, também está previsto um sensor de pressão 13,que mede a pressão no volume do reservatório 5. O sensor de pressão 13está, do mesmo modo, ligado com o aparelho de controle 10 através de umcondutor de ligação 11.0 aparelho de controle 10 tem, com isto, uma infor-mação sobre a pressão no volume do reservatório 5.

Através da válvula redutora de pressão 4, durante a operaçãocontínua da máquina de combustão interna com o combustível em forma degás, a pressão no volume do reservatório 5 é ajustada para uma pressão de0,5 a 0,8 MPa. Nesta faixa de pressão no volume do reservatório 5 tambémestá projetada a válvula de injeção de baixa pressão 6. A válvula de injeçãode baixa pressão 6 está projetada, de tal modo que, no estado não controla-do ela está vedada e, com isto, no estado parado da máquina de combustãointerna, não pode escapar nenhum gás através da válvula de injeção de bai-xa pressão 6 para o tubo de aspiração 8. A válvula redutora de pressão 4não é executada de tal modo que, possa ocorrer um refluxo do volume doreservatório 5 para o condutor de alta pressão 3, isto significa que, uma vezformada uma pressão no volume do reservatório 5 só pode ser eliminadapor meio da abertura da válvula de injeção de baixa pressão 6. Durante aoperação contínua da máquina de combustão interna com o combustível emforma de gás é fornecida a quantidade exata de gás, através da válvula re-dutora de pressão 4, pelo condutor de alta pressão 3 para o volume do re-servatório 5, a fim de, manter a pressão desejada entre 0,5 e 0,8 MPa.

Contudo, são problemáticas as relações de pressão no volumedo reservatório 5 quando a máquina de combustão interna não é operadacom o combustível em forma de gás e sim com o combustível líquido. Nesteestado de operação a válvula de injeção de baixa pressão 6 está fechada,de tal modo que, uma pressão incluída no volume do reservatório 5 não éreduzida através de injeções da válvula de injeção de baixa pressão 6. Aválvula de injeção de baixa pressão 6 é projetada, a fim de injetar uma pres-são baixa na ordem de grandeza de 0,5 e 0,8 MPa. Quando a pressão novolume do reservatório 5 aumenta para um valor consideravelmente maior,então, após a ultrapassagem de um certo limite, a válvula de injeção de bai-xa pressão 6 não poderá mais ser aberta com o impulso de controle coloca-do à disposição pelo aparelho de controle 10. Portanto, se, durante a opera-ção contínua da máquina de combustão interna, surgir uma pressão muitoalta no volume do reservatório 5, a válvula de injeção de baixa pressão 6não pode ser mais aberta e uma operação com o combustível em forma degás não é mais possível.

Uma pressão muito alta deste tipo no volume do reservatório 5poderá surgir, por exemplo, se for dada a partida da máquina de combustãointerna em temperaturas baixas e, então, se for operado até um estado deoperação aquecido exclusivamente com o combustível líquido. Por meiodesta operação a temperatura do motor sobe e, com isto, também a tempe-ratura dos componentes dispostos nas imediações do ambiente do motor,por exemplo, também do volume do reservatório 5. Se, por exemplo, no es-tado frio, no volume do reservatório existir uma pressão de 0,8 MPa, então,com uma temperatura ambiente de 1209 C, a pressão no volume do reserva-tório 5 sobe para 1,3 MPa. Uma vez que, contudo, a válvula de injeção debaixa pressão 6 está projetada somente para uma pressão máxima possívelde 1,0 MPa, então, com a pressão de 1,3 MPa a válvula de injeção de baixapressão 6 não pode ser mais aberta com a tensão de bordo de 12 V nor-malmente disponível em um veículo automotor. Um outro motivo de aumen-tos de pressão altos não permitidos no volume do reservatório 5 pode serum certo vazamento da válvula redutora de pressão 4 que, durante a opera-ção normal, não é problemático, uma vez que, através de injeções da válvu-la de injeção de baixa pressão 6 a pressão é reduzida. Se contudo, ao longode um período de tempo maior, for usado somente combustível líquido, en-tão também vazamentos pequenos da válvula redutora de pressão 4 pode-rão levar a um considerável aumento da pressão no volume do reservatório5.

De acordo com a invenção, durante uma operação da máquinade combustão interna com combustível líquido, é, então, sugerido supervisi-onar a pressão no volume do reservatório 5 e garantir, através de injeçõesdo combustível em forma de gás, que a pressão no volume do reservatório 5não se eleve acima de um valor de comparação ou de um valor limite. Domodo mais simples isto ocorre através da avaliação regular do sinal do sen-sor de pressão 13. Se, durante a operação contínua da máquina de com-bustão interna com combustível líquido for constatado que, a pressão novolume do reservatório 5 se eleva muito, então a pressão é reduzida pormeio da abertura da válvula de injeção de baixa pressão 6.

A redução da pressão de uma pressão elevada não permitidano volume do reservatório 5 pode ocorrer, por exemplo, pelo fato de que,durante um período de tempo curto, uma operação seja forçada com ocombustível em forma de gás. Isto significa que, a operação com o combus-tível líquido é interrompida e, durante um breve período de tempo, é promo-vida uma operação com o combustível em forma de gás.

Uma outra possibilidade para a redução da pressão no volumedo reservatório 5 consiste no fato de permitir uma operação simultânea como combustível líquido e em forma de gás. Isto pode ocorrer, por exemplo,pelo fato de que, como combustível preponderante seja usado o combustí-vel líquido e sejam injetadas somente pequenas quantidades de combustívelem forma de gás. Seria, por exemplo, típico que, a quantidade de combustí-vel líquido seja reduzida em torno de 10 ou 20% e o resto da potência a serfornecida pela máquina de combustão interna 1 ocorra através do combustí-vel em forma de gás. Uma vez que, conforme o volume do reservatório, so-mente precisam ser injetadas quantidades reduzidas exatas de combustívelem forma de gás, a fim de reduzir consideravelmente a pressão do volumedo reservatório 5, também através deste tipo de operação a pressão no vo-lume do reservatório 5 é reduzida bem rapidamente. A vantagem deste tipode operação mista é que a mudança completa está parcialmente ligada comoscilações de potência da máquina de combustão interna 1. No caso deuma troca completa do combustível de líquido para gás e de novo para lí-quido, para o usuário da máquina de combustão interna, por exemplo, emum veículo automotor sob alta carga do motor, existiriam curtas interrupçõesde potência da máquina de combustão interna, e poderiam ser perfeitamen-te percebidas. Devido a operação dupla com os dois combustíveis, sendoque, o combustível em forma de gás é de somente uma pequena parte, es-tas oscilações de potência da máquina de combustão interna podem serconsideravelmente evitadas.

De modo alternativo a determinação da pressão no volume doreservatório 5 também pode ocorrer através de uma simples consideraçãoda temperatura. Este caso é particularmente significativo em uma partida afrio da máquina de combustão interna com o combustível líquido. Para isto,no início da operação com o combustível líquido é determinada a temperatu-ra do volume do reservatório 5, e é calculada a elevação da pressão no vo-lume do reservatório 5 que resulta através de uma elevação da temperaturado volume do reservatório 5. Para isto não é absolutamente necessário umsensor de temperatura, que esteja coordenado diretamente ao volume doreservatório 5, porém o aquecimento do volume do reservatório 5 tambémpode ser determinado com um modelo a partir da temperatura da máquinade combustão interna 1. Partindo da temperatura da máquina de combustãointerna 1, da velocidade do veículo e do resfriamento dos gases através doefeito de Joule e Thompson, pode ser calculada uma presumível temperatu-ra do volume do reservatório 5 que, então, serve de base para um cálculoda pressão no volume do reservatório 5. Esta forma de procedimento nãoexige nenhum sensor de pressão 13 que mede a pressão no volume do re-servatório 5.

Além disso, a redução da pressão pode ocorrer para uma pres-são teórica, dependente do ponto de operação, para que, no caso de umeventual desligamento que se segue e uma nova partida do motor na opera-ção com gás, não surjam problemas de partida. Em particular, em veículosautomotores, em certos estados de operação como, por exemplo, na partidado motor, a tensão disponível pode estar reduzida, uma vez que a oferta detensão de uma bateria sob alta carga elétrica pode ser consideravelmentereduzida em relação a uma operação normal. Pelo aparelho de controle 10 éproduzido um sinal de controle correspondente para o acionamento da vál-vula de injeção de baixa pressão 6. A fim de alcançar um bom comporta-mento de ligação da válvula de injeção 6, neste caso, normalmente é em-pregada a máxima tensão que geralmente está disponível em um veículoautomotor, mesmo a tensão da bateria. Quando, em virtude de uma tensãoda bateria reduzida, a força de abertura, que pode ser aplicada pela válvulade injeção de baixa pressão 6, está reduzida, então, pequenos valores Iimi-tes da pressão no volume do reservatório 5 já exigem uma redução da pres-são no volume do reservatório 5. O valor de comparação, a partir do qual énecessária uma redução de pressão, da pressão no volume do reservatório5, por isto, deveria ser escolhido em função da pressão teórica dependentedo ponto de operação. Neste contexto, em um veículo automotor deve serobservada, em particular, uma oferta de tensão pequena de uma bateria doveículo, como acontece tipicamente durante a partida do motor.

Na figura 2 está representado um outro exemplo de execuçãoda invenção. Por outro lado, neste exemplo de execução são mostradosuma máquina de combustão interna e um aparelho de controle 10. Com osnúmeros de referência 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13 e 20 são caracteri-zados de novo os mesmos objetos que também exercem as mesmas fun-ções que na figura 1. Contudo, em contraste com a figura 1, o aparelho decontrole 10 não apresenta respectivamente um condutor de ligação à válvu-la de injeção de baixa pressão 6 e à válvula de injeção 20, porém somenteum condutor 31 comum. Um sinal de controle produzido no condutor 31 co-mum é conduzido opcionalmente, através de um relê 21, ou à válvula deinjeção de baixa pressão 6 ou à válvula de injeção 20 para o combustívellíquido. Esta montagem tem a vantagem que, no aparelho de controle 10 sóprecisa estar previsto um estágio final para o controle de válvulas de injeçãoe, com isto, é economizada uma necessidade de espaço relativamentegrande de um estágio final. O controle do relê 21 pode ocorrer através deum simples condutor de controle, que não precisa ser controlado por umestágio final de potência (não representado no desenho). No caso de umamontagem deste tipo, na qual, para as diversas válvulas de injeção estáprevisto somente um estágio final comum, naturalmente não é possível umaoperação de injeção simultânea com os dois combustíveis. No caso destamontagem, uma redução da pressão no volume do reservatório 5 só podeocorrer através de uma mudança "dura", isto é, uma mudança completa daoperação com o combustível líquido para uma operação com o combustívelem forma de gás.

Claims

1. Dispositivo (10) para o controle de uma máquina de combus-tão interna (1) que, de modo opcional, pode ser operada com um combustí-vel líquido e com um combustível em forma de gás, sendo que, para o com-bustível em forma de gás estão previstos um tanque de alta pressão (2),uma válvula redutora de pressão (4) e uma válvula de injeção de baixa pres-são (6), caracterizado pelo fato de que, estão previstos meios de supervisãoque, durante uma operação da máquina de combustão interna (1) com ocombustível líquido, avaliam de modo regular uma pressão antes da válvulade injeção de baixa pressão (6) e reconhecem um aumento de pressão, a-cima de um valor limite e, então, para a redução da pressão, providenciamuma injeção do combustível em forma de gás através da válvula de injeçãode baixa pressão (6).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que, os meios de supervisão avaliam o sinal de um sensor depressão (13), que está disposto entre a válvula redutora de pressão (4) e aválvula de injeção de baixa pressão (6).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que, durante a operação com o combustível líquido, os meiosde supervisão calculam uma pressão antes da válvula de injeção de baixapressão (6), a partir de uma elevação da temperatura do volume do reserva-tório (10).

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que, a elevação da temperatura do volume do reservatório (10)durante a operação com o combustível líquido é calculada a partir de ummodelo.

5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de que, para a redução da pressão, os meios de su-pervisão providenciam uma mudança da operação com o combustível líqui-do para a operação com o combustível em forma de gás.

6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3,caracterizado pelo fato de que, para a redução da pressão, os meios de su-pervisão providenciam uma operação simultânea com o combustível líquidoe com o combustível em forma de gás.

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de que, os meios de supervisão escolhem o valorlimite em função de uma pressão teórica do volume do reservatório (10) de-pendente do ponto de operação.

8. Processo para o controle de uma máquina de combustão in-terna (1) que, de modo opcional, pode ser operada com um combustível Ii=quido e com um combustível em forma de gás, sendo que, para o combustí-vel em forma de gás estão previstos um tanque de alta pressão (2), umaválvula redutora de pressão (4) e uma válvula de injeção de baixa pressão(6), caracterizado pelo fato de que, durante uma operação da máquina decombustão interna (1) com o combustível líquido, é reconhecido um aumen-to de pressão acima de um valor limite, antes da válvula de injeção de baixapressão (6) e para a redução da pressão é providenciada uma injeção docombustível em forma de gás.