BRPI1002448A2 - processo e dispositivo para a determinação de uma composição de combustìvel ou de um valor de lambda - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAçãO DE UMA COMPOSIçãO DE COMBUSTìVEL OU DE UM VALOR DE LAMBDA. A presente invenção refere-se a um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível composta de um primeiro e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, com relação de combustível e ar conhecida ou de um valor de lambda em combustível conhecido, no qual através de intervenções visadas a suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna é influenciada negativamente, pelo menos, temporariamente. De acordo com a invenção está previsto que, a influência seja realizada por meio de uma variação de um ângulo de ignição e/ou por meio de uma variação da relação de combustível e ar, sendo que, de uma não suavidade de funcionamento resultante disso ou de um gradiente resultante disso para a não suavidade de funcionamento é derivado um parâmetro para a composição da mistura de combustível existente atualmente ou um valor de lambda para os cilindros da máquina de combustão interna. O dispositivo de acordo com a invenção apresenta uma unidade de controle do motor, com a qual através de intervenções visadas a suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna pode ser influenciada negativamente, pelo menos, temporariamente, sendo que, a unidade de controle do motor apresenta blocos de medida, com os quais um ângulo de ignição e/ou a relação de combustível e ar podem ser regulados, e uma não suavidade de funcionamento resultante dessas medidas, ou de um gradiente resultante disso para a não suavidade de funcionamento pode ser derivado um parâmetro para a composição da mistura de combustível existente atualmente, ou um valor de lambda para os cilindros da máquina de combustão interna. Com o processo e o dispositivo para a realização do processo podem ser possibilitadas afirmações opcionais, por um lado, sobre a composição de combustível empregada ou por outro lado, sobre a relação de combustível e ar. Além disso, com o processo também podem ser calculados outros parâmetros do motor. Neste caso, medidas do mesmo tipo, respectivamente, e estratégias de avaliação podem ser empregadas, o que pode reduzir o dispêndio de hardware em uma unidade de controle do motor correspondente.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO DE COMBUSTÍVEL OU DE UM VALOR DE LAMBDA".
Estado da Técnica
A presente invenção refere-se a um processo para a determina- ção de uma composição de combustível de uma mistura de combustível composta de um primeiro combustível e, pelo menos, de um segundo com- bustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, com rela- ção de combustível e ar conhecida ou de um valor de Iambda em combustí- vel conhecido, no qual através de intervenções visadas a suavidade de fun- cionamento da máquina de combustão interna é influenciada negativamen- te, pelo menos, temporariamente.
A invenção refere-se, além disso, a um dispositivo para a reali- zação do processo, sendo que o dispositivo apresenta uma unidade de con- trole do motor, com a qual através de intervenções visadas a suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna pode ser influenciada ne- gativamente, pelo menos, temporariamente.
Máquinas de combustão interna com base em motores tipo Otto em geral são operadas com um combustível de hidrocarbonetos, composto de combustíveis fósseis com base em petróleo refinado. A este combustível, cada vez mais, é adicionado álcool produzido a partir de matérias-primas renováveis (plantas), por exemplo, etanol ou metanol em relações de mistu- ra diferentes. Nos EUA e na Europa, em geral, é empregada uma mistura de 70% a 85% de etanol e de 15 a 30% de gasolina sob o nome comercial de E85. As máquinas de combustão interna são projetadas de tal modo que e- Ias podem ser operadas tanto com gasolina pura, como também com mistu- ras de até E85; isto é designado como "operação com combustível flex". Pa- ra uma operação econômica com uma baixa emissão de substâncias tóxicas nocivas com uma simultânea alta potência do motor, os parâmetros de ope- ração na operação com combustível flex precisam ser adaptados à respecti- va mistura de combustível existente. Se, por exemplo, existir uma relação estequiométrica de ar e combustível de 14,7 partes de peso de ar por partes de gasolina, no emprego de etanol, contudo, precisa ser ajustada uma parte de ar de 9 partes de peso. Além disso, para uma combustão otimizada, o ângulo de ignição da máquina de combustão interna deve ser adaptado à relação de mistura. Em virtude das diferentes propriedades de evaporação de etanol e gasolina, durante o arranque da máquina de combustão interna, em função da relação de mistura, precisam ser predeterminados fatores de enriquecimento diferentes. Também o diagnóstico próprio da máquina de combustão interna, o denominado diagnóstico de bordo (OBD), e neste ca- so, especialmente, o diagnóstico do sistema de alimentação de combustível 1(DKVS), no caso de combustível flex, é afetado pela outra relação de com- bustível e ar estequiométrica.
O DKVS avalia a ultrapassagem de limites de diagnóstico dos fatores de adaptação da mistura. A fim de evitar uma influência do DKVS, a parte estequiométrica precisa ser considerada através de um fator (fCOmb.) separado que compensa a estequiometria. Esse fator é determinado, por exemplo, após o reabastecimento em uma adaptação de combustível. Por isso, o conhecimento da relação de mistura de combustível existente é de importância fundamental para a operação da máquina de combustão inter- na.
Da patente DE 41 17 440 C2 é conhecido um processo para o ajuste adaptativo de uma mistura de ar e combustível para a consideração de propriedades do combustível na operação de uma máquina de combus- tão interna, que apresenta um regulador de lambda, que fornece um fator de regulagem FR1 e que apresenta um integrador de adaptação, que fornece um fator de adaptação AF com velocidade de adaptação variável, que ao lado do fator de regulagem FR, influencia o ajuste da mistura de ar e com- bustível. Neste caso, está previsto que seja testado se a amplitude de des- vio da regulagem de lambda ultrapassa um primeiro valor limite e, se este for o caso, se a velocidade de adaptação é fixada em um valor aumentado até que uma condição predeterminada seja preenchida, após o que é redu- zida a marcha para uma velocidade de adaptação baixa.O processo basea- do nisso é conhecido como adaptação de combustível. A adaptação de combustível possibilita operar, sem interferên- cia, máquinas de combustão interna, que podem ser operadas com diferen- tes combustíveis. Assim, por exemplo, o tempo de injeção durante uma tro- ca de um combustível de gasolina para uma mistura de combustível de 85% de etanol e 15% de gasolina precisa ser prolongado em torno de mais que 40%, a fim de manter os mesmos valores de Iambda no gás de exaustão. Isto está fundamentado na diferente necessidade de ar para uma combus- tão estequiométrica. De acordo com o processo descrito no requerimento de patente DE 41 17 440 C2, para isso, é realizada uma intervenção de adap- tação correspondente. Uma vez que durante uma troca de combustível, em comparação com a compensação de influências de envelhecimento ou in- fluências de produção, precisa ser realizada a correção muito rigorosa dos tempos de injeção e, com isso, da intervenção de adaptação, no processo sugerido a velocidade de adaptação aumenta sensivelmente durante uma troca de combustível reconhecida.
Um reabastecimento repetido de pequenas quantidades de combustível ou uma influência da determinação do nível de enchimento por um veículo que está inclinado, contudo, podem levar a uma adaptação errô- nea do valor de etanol e, com isso, também dificultar uma adaptação correta dos limites de diagnóstico para o diagnóstico de bordo. Também uma mistu- ra defeituosa dos componentes do combustível pode ter uma influência in- terferente sobre a adaptação.
Da literatura de patentes são conhecidos outros processos, que possibilitam uma conclusão sobre a base de diferentes relações de mistura de combustíveis fósseis e alcoóis, e uma adaptação correspondente dos pa- râmetros de operação da máquina de combustão interna. Em particular, no caso de uma adaptação errônea, a suavidade de funcionamento da máqui- na de combustão interna pode ser perturbada consideravelmente.
Como suavidade de funcionamento de uma máquina de com- bustão interna entende-se as oscilações do momento do motor indicado pe- las combustões individuais. No caso de um motor de 1 cilindro estas são as oscilações de combustão para combustão na mesma câmara de combus- tão, por exemplo, em conseqüência de uma corrente de ar instável, que po- de oscilar o instante da conversão de energia da mistura de ciclo para ciclo. No caso de um motor de vários cilindros, estas também podem ser diferen- ças sistemáticas entre os cilindros individuais quando, por exemplo, um ci- lindro é operado mais Iubrificado do que o(s) outro(s).
Em geral, a suavidade de funcionamento é determinada a partir das oscilações do número de rotações, que resultam de combustão para combustão. Uma medida para as oscilações do número de rotações é o de- nominado valor da não suavidade de funcionamento. O número de rotações do motor é determinado, em geral, com auxílio de uma roda de transmissão do número de rotações colocada sobre o eixo de manivelas. Também o gra- diente da não suavidade de funcionamento pode ser empregado como pa- râmetro, de combustão para combustão, com a designação "aumento da não suavidade de funcionamento".
Em motores com indicação de pressão as oscilações podem ser obtidas de combustão para combustão, também através da avaliação da pressão da câmara de combustão (pressão média indicada).
O estado da técnica é uma avaliação da não suavidade de fun- cionamento, para o reconhecimento de interruptores de combustão. Em par- ticular, no caso de motores de funcionamento baixo (operação de camada em motor a gasolina de injeção direta e, geralmente, em motor a Diesel) a não suavidade de funcionamento também é empregada para a compensa- ção de momentos do cilindro.
No aparelho de controle do motor de um motor a gasolina está depositado um modelo de momento que calcula o momento do motor pro- duzido pelo motor em seu ciclo de alta pressão. Como ciclo de alta pressão compreende-se os 360° KW (KW = posição do eixo de manivelas) da rota- ção do eixo de manivelas do ponto morto inferior (UT), no qual a válvula de entrada quase se fecha através do OT de ignição (OT = ponto morto superi- or) até o ponto morto inferior, no qual a válvula de saída se abre. Para um motor a Diesel pode ser derivado um modelo de momento similar.
Por conseguinte, no motor a gasolina resulta um modelo produ- zido na fase de alta pressão, para o momento (Mihd) como a seguir:
Mihd = Mioptii (Π, nmot) * ETAlam (lambda) * ETAdzw (dZW) (1) sendo que, "Mioptn" "ETAlam" e "ETAdzw" estão para as seguintes grandezas: "Mioptn" é o momento que, no caso da melhor ignição possível, é produzido no ciclo de alta pressão em uma relação de combustível e ar de Iambda = 1,0. Esse valor depende, em primeiro lugar, do enchimento de ar fresco (rl) mas também do número de rotações do motor (nmot).
"ETAlam" é o grau de eficiência de lambda. Com isso, a depen- dência do momento do motor é descrita pelo valor de lambda. No caso de motor a gasolina mostra-se que, com aproximadamente lambda = 0,85 e ig- nição otimizada existe um máximo de momento. Se a mistura for mais Iubri- ficada (—> falta de ar), então o momento cai. Se a mistura for empobrecida —> excesso de ar), o momento cai, do mesmo modo.
"ETAdzw" é o grau de eficiência do ângulo de ignição. O momen- to produzido na fase de alta pressão depende, em particular, do ponto cen- tral de combustão. Em um ponto central de combustão de aproximadamente 8° KW depois do ponto morto superior (OT) obtém-se o momento máximo (—► momento ótimo). No caso de ponto central de combustão adiantado ou atrasado, isto é, em um desvio do ângulo de ignição otimizado (dZW Φ 0°) o momento é reduzido.
Uma vez que o ponto central de combustão está acoplado dire- tamente ao ângulo de ignição, no caso de motor a gasolina pode-se descre- ver também o comportamento do momento (Mihd) produzido no ciclo de alta pressão em função do ângulo de ignição real (ZWist). Entre o ângulo de igni- ção e o ponto central de combustão está o tempo para o retardamento de ignição (tempo de inflamação prévia) e o tempo até o decurso de combustão resulta um grau de conversão de 50%. Essas grandezas dependem, tanto do combustível empregado como também da relação de combustível e ar.
No caso de motor a gasolina calcula-se o desvio do ângulo de ignição (dZW) otimizado para:
<formula>formula see original document page 6</formula> (2) ZWopt = KFzwop (rl, nmot) + dZW0,a + dZWoagr (3) sendo que,
ZWopt é o ângulo de ignição, no qual o momento máximo é (—► ângulo de ignição otimizado), "KFzwop" para um campo característico para um ângulo de ignição, "dZWola" para um offset do ângulo de ignição otimiza- do em função do valor de Iambda e "dZWoagr" para um offset do ângulo de ignição otimizado em função das taxas de retorno do gás de exaustão (taxas de AGR).
No caso do motor a Diesel não há instante de ignição. Todavia, pode-se variar, de modo visado, o ponto central de combustão em função do curso de injeção e, por exemplo, com auxílio da não suavidade de funcio- namento determinar o retardamento de ignição ou o comportamento de in- flamação.
Assim, na patente DE 29 52 073 A1 é conhecido um processo para a otimização do ciclo de trabalho de uma máquina de combustão inter- na com ignição externa. No qual dados de acionamento da máquina de combustão interna e, na verdade, entre outras coisas, a posição de ângulo momentânea relativa do eixo de manivelas (ângulo de manivela) são medi- dos, são conduzidos a uma unidade eletrônica de controle, e de modo cor- respondente é atuado no instante de ignição e/ou na quantidade de com- bustível conduzida. Neste caso, está previsto que, em torno de um valor teó- rico de aproximação do instante de ignição e/ou em torno da quantidade de combustível conduzida, pelo menos, uma dessas grandezas de regulagem é variada do ciclo de trabalho para ciclo de trabalho, de tal modo que com ex- ceção do ângulo de manivela ainda funcionando a pressão indicada momen- tânea ou uma grandeza que altera de modo análogo é medida com ela, e da posição do êmbolo determinada através do ângulo de manivela para cada curso de trabalho, respectivamente, é calculada a pressão média indicada ou uma grandeza análoga, e a seqüência dos valores calculados da pressão média indicada é registrada automaticamente, e os valores que se seguem um ao outro são comparados entre si, sendo que, para cada estado de ope- ração da máquina de combustão interna a variação da grandeza de regula- gem é interrompida e o valor existente da grandeza de regulagem é fixado, assim que a pressão média indicada alcança um valor máximo. O processo possibilita, entre outras coisas, também comparar desvios de parâmetros de controle no controle da máquina de combustão interna, que surgem devido ao emprego de diferentes combustíveis como, por exemplo, metanol, etanol e gasolina.
Da patente DE 38 33 123 A1 é conhecido um dispositivo para o registro das propriedades do combustível para uma máquina de combustão interna com combustão interna, sendo que, a quantidade de ar aspirada e a relação de combustível e ar no gás de exaustão são medidas, uma quanti- dade de injeção de combustível básica é calculada com fundamento da quantidade de ar aspirada, e a quantidade de combustível a ser injetado é calculada correspondente à relação de combustível e ar. O dispositivo é ca- racterizado por meios para o registro da pressão, para o registro da pressão interna do cilindro, por meios para o registro do ângulo de manivela, para o registro do ângulo de manivela da máquina de combustão interna e por um dispositivo de monitoramento, que recebe sinais dos meios de registro da pressão e dos meios de registro do ângulo de manivela e calcula um poder calorífico Q efetivo do combustível em um ciclo de ignição com base na pressão interna do cilindro P (Θ) com um ângulo de manivela nos cursos de compressão e de expansão de um ciclo de ignição do ângulo de manivela θ e da capacidade do cilindro V (Θ), e um valor de combustão K efetivo ou um poder calorífico Hu inferior do combustível é determinado, sendo que, as propriedades do combustível são registradas com emprego, pelo menos, do valor de combustão K efetivo ou do poder calorífico Hu inferior ou da relação (Ti/Hu) da duração Ti de um impulso de injeção de combustível para o poder calorífico Hu inferior.
No requerimento de patente da requerente ainda não publicado, com a designação interna R.319607 é descrito um processo para a determi- nação da composição de uma mistura de combustível de um primeiro e, pe- lo menos, de um segundo combustível para a operação de uma máquina de combustão interna, no qual o ângulo de ignição da máquina de combustão interna é alterado, e pelo fato de que uma oscilação do momento de torção não periódico dependente do ângulo de ignição e/ou uma heterogeneidade de rotação não periódica, e/ou uma grandeza derivada disso como grandeza característica é empregada para a determinação da composição da mistura de combustível. Se, neste caso, o ângulo de ignição for regulado pelo ângu- lo de ignição otimizado na direção adiantada ou atrasada, a suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna diminui. Uma vez que o ângulo de ignição otimizado, bem como, os limites de octana dependem da composição da mistura de combustível, com isso, pode ser concluído sobre a composição de combustível. Uma variação da relação de combustível no caso desse processo, sem dúvida não está prevista. O aspecto de um reco- nhecimento de Iambda por meio das intervenções na ignição, do mesmo modo, não é mencionado nesse documento.
Por isso, a tarefa da invenção é preparar um processo, o qual através da avaliação da suavidade de funcionamento com intervenções vi- sadas na ignição e na quantidade de injeção possibilite afirmações sobre a composição de combustível empregada, por um lado, ou sobre a relação de combustível e ar, por outro lado.
Além disso, é tarefa da invenção preparar um dispositivo corres- pondente para a realização do processo.
Descrição da Invenção
A tarefa referente ao processo é solucionada, pelo fato de que a influência é realizada por meio de uma variação de um ângulo de ignição e/ou por meio de uma variação da relação de combustível e ar, sendo que, de uma não suavidade de funcionamento resultante disso ou de um gradien- te resultante disso para a não suavidade de funcionamento é derivado um parâmetro para a composição da mistura de combustível existente atual- mente ou um valor de Iambda para os cilindros da máquina de combustão interna.
A tarefa referente ao dispositivo é solucionada pelo fato de que a unidade de controle do motor apresenta blocos de medida, com os quais um ângulo de ignição e/ou a relação de combustível e ar podem ser regula- dos, e uma não suavidade de funcionamento resultante dessas medidas, ou de um gradiente resultante disso para a não suavidade de funcionamento pode ser derivado um parâmetro para a composição da mistura de combus- tível existente atualmente, ou um valor de Iambda para os cilindros da má- quina de combustão interna. A funcionalidade, neste caso, pode ser imple- mentada como software na unidade de controle do motor.
Com o processo e o dispositivo para a realização do processo podem ser possibilitadas afirmações opcionais, por um lado, sobre a com- posição de combustível empregada ou por outro lado, sobre a relação de combustível e ar. Neste caso, medidas do mesmo tipo, respectivamente, e estratégias de avaliação podem ser empregadas, o que pode reduzir o dis- pêndio de hardware em uma unidade de controle do motor correspondente.
Por um lado, neste caso, é utilizado o fato de que, o grau de efi- ciência de uma máquina de combustão interna é dependente do ângulo de ignição. Partindo de um ângulo de ignição otimizado com máximo grau de eficiência, no caso de uma alteração do ângulo de ignição, o grau de efici- ência cai em direção a um instante de ignição mais adiantado ou mais atra- sado de modo monótono. Deste modo, com parâmetros de operação da máquina de combustão interna que, caso contrário, permanecem iguais o momento de torção se altera, sendo que, com máximo grau de eficiência ocorre o momento de torção máximo. É conhecido que, no caso do momen- to de torção máximo a oscilação periódica do momento de torção, do mes- mo modo, é máxima ao longo de um ciclo da máquina de combustão inter- na. É conhecido que, o ângulo de ignição otimizado depende da composição da mistura de combustível. Além disso, misturas de combustível compostas de forma diversa apresentam um limite de octana diferente. Neste caso, o limite de octana designa o ângulo de ignição, no qual uma medida especifi- cada ocorre na combustão de octana da máquina de combustão interna. No caso de uma ignição atrasada, isto é, nitidamente depois do ponto morto superior (OT), a pressão e a temperatura na câmara de combustão já caí- ram novamente, o que aumenta o atraso da ignição e a duração da inflama- ção. Por isso, tanto uma definição de Iambda como também a definição do combustível podem ser realizadas, de forma vantajosa, com ângulo de igni- ção atrasado.
Por outro lado, uma redução da mistura de combustível e ar, isto é, um aumento do valor de Iambda leva a um aumento da não suavidade de funcionamento. Neste caso, diversos combustíveis possuem um limite de funcionamento pobre típico. Esse limite depende, entre outras coisas, da pressão e da temperatura. Ao se reduzir, então, tanto o atraso da ignição como também a inflamação são bastante retardados, ou não se iniciam de modo algum. Isto leva a combustões extremamente arrastadas ou a inter- ruptores de combustão autênticos, que, então, resultam em uma não suavi- dade de funcionamento nitidamente aumentada. O conhecimento do limite de funcionamento pobre é um indício para o combustível empregado. No caso do combustível conhecido, porém, se pode explorar o limite de funcio- namento pobre e assim, de modo alternativo, definir a relação atual de com- bustível e ar ou o valor de lambda.
Durante a realização dessas medidas, certamente deveriam ser minimizadas outras influências de acordo com a possibilidade ou, pelo me- nos, serem conhecidas ao máximo, a fim de não falsificar os resultados aci- ma.
De forma vantajosa, no caso da intervenção, como descrito aci- ma, são utilizados, de modo visado, as propriedades do combustível, a ca- pacidade de ignição pobre, o atraso da ignição, o comportamento de infla- mação e/ou o comportamento de ebulição para a definição da composição da mistura de combustível existente atualmente, ou do valor de lambda. As- sim, a suavidade de funcionamento com motor frio, na redução da quantida- de de injeção (redução) na qual pouco combustível mais volátil (por exem- plo, E85) pode ser limitada nitidamente mais cedo do que no caso de um combustível com alta pressão de evaporação ou com uma curva de ebulição que fica mais baixa com respeito à temperatura. Neste caso, também é con- cebível para o reconhecimento do combustível fazer a ignição muito cedo, de tal modo que no instante da ignição o calor da compressão ainda não te- nha se desenvolvido completamente e um combustível em alta ebulição ain- da não tenha sido evaporado suficientemente, o que, então, iria ser percep- tível através de uma alta não suavidade de funcionamento. Além disso, mostra-se que, dependendo, por exemplo, do teor de etanol do combustível, um decurso característico da não suavidade de funcionamento iria se ajustar através do aquecimento do motor depois do arranque e durante a primeira marcha a quente. Esse decurso pode ser avaliado para o reconhecimento do teor de etanol.
Em uma variante preferida do processo, o instante de ignição durante a intervenção é atrasado na direção da ignição atrasada e/ou a re- lação de combustível e ar é reduzida.
Neste caso, pode estar previsto que, a regulagem do instante de ignição e/ou da relação de combustível e ar seja realizada constantemente ou em estágios. Assim, por exemplo, podem ser realizadas rampas de modo correspondente, ou a regulagem pode ocorrer em etapas pequenas.
Em uma variante preferida do processo está previsto que, após a regulagem ocorrida do ângulo de ignição e/ou da relação de combustível e ar, a suavidade de funcionamento ou o gradiente da não suavidade de fun- cionamento, por meio de, pelo menos, um comparador, seja comparada com um valor limite para a não suavidade de funcionamento ou para o gra- diente da não suavidade de funcionamento, e no alcance ou na ultrapassa- gem do valor limite correspondente seja determinado um limite de funcio- namento pobre ou um limite para o ângulo de ignição, ou no não alcance do valor limite correspondente seja realizada de novo a regulagem do instante de ignição e/ou da relação de combustível e ar. Com isso, é obtido que o Ii- mite de funcionamento pobre ou o atraso da ignição máximo possível possa ser explorado.
Neste caso, pode estar previsto que, a partir do limite de funcio- namento pobre seja calculado um valor para o valor médio de Iambda de todos os cilindros, ou um valor característico para o combustível empregado atualmente.
Em uma variante preferida do processo, como valor característi- co para o combustível empregado atualmente é determinado um teor de e- tanol, um teor de metanol ou um teor de etanol e metanol. Com isso, o pro- cesso pode ser empregado, de preferência, para a determinação da compo- sição de uma mistura de combustível de gasolina e etanol, e/ou de uma mis- tura de combustível de gasolina e metanol, e/ou de uma mistura de combus- tível de gasolina, etanol e metanol. Todos esses combustíveis e misturas de combustível mostram uma independência diferente da não suavidade de funcionamento do ângulo de ignição, de tal modo que seja possível uma co- ordenação inequívoca do combustível ou da mistura de combustível através do processo descrito. Essas relações podem ser empregadas de forma van- tajosa, por exemplo, em máquinas de combustão interna de combustível flex, sendo que, pode estar previsto que, com isso, também a relação de combustível e ar atual possa ser definida, se uma sonda de gás de exaustão (sonda de lambda) não puder estar pronta para ser regulada.
Em uma máquina de combustão interna com um cilindro, de forma vantajosa está previsto que, são operadas combustões individuais uma após a outra, com ângulo de ignição atrasado e/ou com relações de combustível e ar pobres.
Uma restrição particularmente pequena do conforto de viagem pode ser obtida pelo fato de que o ângulo de ignição ou o valor de lambda de todos os cilindros da máquina de combustão interna não é regulado, mas, em uma máquina de combustão interna com vários cilindros, um cilin- dro ou uma parte dos cilindros é operada com ângulo de ignição atrasado em relação aos cilindros que permanecem e/ou da relação de combustível e ar pobre.
Uma heterogeneidade do movimento de rotação da máquina de combustão interna ou a não suavidade de funcionamento pode ser determi- nada com um sensor do número de rotações, ou com um sensor do ângulo do eixo de manivelas a partir do número de rotações, que em geral já estão previstos na máquina de combustão interna e, por isso, não representam nenhum dispêndio adicional. Para a determinação do momento de torção e de suas partes periódicas e não periódicas pode ser empregado um sensor do número de rotações, ou um sensor de pressão da câmara de combustão. Uma regulagem do ângulo de ignição na direção adiantada leva a combus- tão com octana, que resulta, do mesmo modo, em uma suavidade de fun- cionamento reduzida e oscilação não periódica do número de rotações e do momento de torção. Um outro indício para a não suavidade de funcionamen- to de uma máquina de combustão interna representam oscilações de uma pressão média indicada da máquina de combustão interna, que, do mesmo modo, podem ser avaliadas através de sensores apropriados e, com isso, fornecem informações sobre a capacidade de combustão do combustível e, com isso, sobre o tipo ou a composição do combustível existente atualmente.
Um emprego preferido do processo, como o que foi descrito a- cima com suas características prevê o emprego em uma máquina de com- bustão interna a Diesel, sendo que, em vez do ângulo de ignição o curso de injeção é variado. Com isso, podem ser determinados tanto o valor de Iamb- da ou as oscilações na composição de combustível Diesel (por exemplo, no emprego de biodiesel como, por exemplo, óleo de colza no combustível).
Um outro emprego do processo, como o que foi descrito acima, pode ser usado para a determinação de outros parâmetros do motor, sendo que, neste caso, o processo é realizado com a relação de combustível e ar conhecida, e com o valor de Iambda conhecido.
Neste caso, um exemplo de aplicação do processo prevê um di- agnóstico de uma taxa de retorno de gases de exaustão (AGR), sendo que, o processo é realizado com a relação de combustível e ar conhecida, e com o valor de Iambda conhecido. Neste caso, tira-se proveito do fato de que, com taxa de retorno crescente de gases de exaustão a capacidade de fun- cionamento pobre é reduzida e, com isso, aumenta a não suavidade de fun- cionamento. Isso pode ser empregado de modo vantajoso, por exemplo, na adaptação do AGR e no diagnóstico de um controle da válvula para um re- torno de gases de exaustão.
Um outro exemplo de execução prevê um diagnóstico de um posicionamento da válvula de movimento de carga com a relação de com- bustível e ar conhecida, e com o valor de Iambda conhecido. Neste caso, tira-se proveito do fato de que, com o movimento de carga crescente, a ca- pacidade de funcionamento pobre aumenta e, com isso, reduz a não suavi- dade de funcionamento.
As influências da taxa de gás inerte e/ou de válvulas de movi- mento de carga nos exemplos mencionados podem ser minimizadas através de uma escolha objetiva do ponto de operação.
A invenção será esclarecida em mais detalhes, a seguir, com auxílio de um exemplo de execução representado nas figuras. É mostrado: na figura 1 um diagrama de fluxo do processo de acordo com a invenção em representação esquemática,
na figura 2, a título de exemplo, o curso de compressão da câ- mara de combustão, o curso de combustão e momento em função do ângu- lo do eixo de manivelas com ponto central de combustão otimizado e
na figura 3, a título de exemplo, o curso de compressão da câ- mara de combustão, o curso de combustão e momento com uma combus- tão bastante retardada.
O processo de acordo com a invenção parte do fato de que, pa- ra a determinação de uma composição de combustível de uma mistura de combustível com a relação de combustível e ar conhecida, ou de um valor de Iambda com combustível conhecido, uma influência temporária visada da suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna é realizada por meio de uma variação do ângulo de ignição e/ou por meio de uma varia- ção da relação de combustível e ar. Da não suavidade de funcionamento resultante disso ou de um gradiente resultante disso para a não suavidade de funcionamento são derivados um parâmetro para a composição da mistu- ra de combustível existente atualmente ou um valor de Iambda para os cilin- dros da máquina de combustão interna.
A figura 1 mostra esquematicamente a seqüência do processo 1 para a determinação de um valor de Iambda como valor médio através de todos os cilindros de uma máquina de combustão interna a gasolina, ou op- cionalmente para a determinação do combustível empregado atualmente.
Após o arranque 10 do processo, primeiramente por meio de uma primeira consulta 20, ocorre uma verificação se existe um estado de operação estável. Se for esse o caso, por meio de uma segunda consulta 30 ocorre uma ramificação, se ocorre uma determinação de Iambda ou uma de- terminação do combustível existente atualmente.
No caso da determinação de lambda, em um bloco de medidas
A 40, ocorre uma deterioração sucessiva das condições de inflamação. Isto é realizado, por exemplo, por meio de uma redução em formato de rampa de um ou de vários cilindros da máquina de combustão interna, com Iubrifi- cação simultânea dos outros cilindros, de tal modo que, o valor de lambda permanece inalterado através de todos os cilindros. Neste caso, nesse e- xemplo de execução está previsto que, simultaneamente o ângulo de igni- ção dos cilindros reduzidos seja ajustado, de tal modo que, a sensibilidade da não suavidade de funcionamento seja a máxima no caso de uma redu- ção.
Com a detecção da suavidade de funcionamento real 60, a não suavidade de funcionamento é determinada, por exemplo, por meio da ava- liação de oscilações do número de rotações. A não suavidade de funciona- mento ou o gradiente da não suavidade de funcionamento é comparada com um valor limite para a não suavidade de funcionamento ou para o gra- diente da não suavidade de funcionamento por meio de, pelo menos, um comparador 70. No caso do alcance ou na ultrapassagem do valor limite correspondente é determinado um limite de funcionamento pobre ou um li- mite para o ângulo de ignição. No caso do não alcance do valor limite cor- respondente ocorre uma outra regulagem do instante de ignição e/ou da re- lação de combustível e ar, até que a não suavidade de funcionamento ou o gradiente da não suavidade de funcionamento ultrapasse o respectivo valor limite. Se for esse o caso, no bloco de funcionamento é determinado o valor de lambda 80, a partir do limite inferior de funcionamento é calculado um va- lor para o valor médio de lambda de todos os cilindros, e o processo de ava- Nação é terminado primeiramente (fim 100).
Se como alternativa a isso ocorrer uma detecção do combustível existente atualmente, o que é constatado com a consulta 30 mencionada acima, em um bloco de medidas B 50 ocorre, do mesmo modo, uma deterio- ração sucessiva das condições de inflamação. Isto é realizado, por exemplo, por meio de uma redução em formato de rampa de um ou de vários cilindros da máquina de combustão interna, com lubrificação simultânea dos outros cilindros, de tal modo que, o valor de Iambda através de todos os cilindros seja λ = 1. Também neste caso, nesse exemplo de execução está previsto que, simultaneamente o ângulo de ignição dos cilindros reduzidos é ajusta- do, de tal modo que, a sensibilidade da não suavidade de funcionamento no caso de uma redução é a máxima. Depois, como no outro ramal do decurso do processo 1, ocorre a detecção da sensibilidade de funcionamento real 60. A não suavidade de funcionamento ou o gradiente da não suavidade de funcionamento é comparada com um valor limite para a não suavidade de funcionamento ou para o gradiente da não suavidade de funcionamento por meio de, pelo menos, um comparador 70, sendo que, no caso do alcance ou da ultrapassagem dos valores limite no bloco de funcionamento determina- ção da composição de combustível 90, a partir do limite de funcionamento pobre é determinado um parâmetro para o combustível empregado atual- mente, e o processo de avaliação, do mesmo modo, é terminado primeira- mente (fim 100). De outra forma, ocorre uma outra deterioração das condi- ções de inflamação.
Como parâmetro para o combustível empregado atualmente po- de ser definido um teor de etanol, um teor de metanol ou um teor de etanol e metanol. Neste caso, pode estar previsto que, a composição determinada da mistura de combustível seja comparada a uma composição determinada por um sensor do tipo de combustível e/ou em uma adaptação de combustí- vel da mistura de combustível, e que seja concluído sobre uma função de falha, se a diferença entre as composições determinadas da mistura de combustível ultrapassar um valor limite especificado, de tal modo que, no contexto de uma observação de plausibilidade, a composição determinada com auxílio do sensor do tipo de combustível ou da adaptação de combustí- vel seja monitorada. Por exemplo, pode ser desfeita uma adaptação falha de uma falha da mistura através da adaptação de combustível. A funcionalidade do decurso do processo 1 descrito acima nos dois ramais, neste caso, é implementada de forma vantajosa como software em uma unidade de controle do motor.
Nas figuras 2 e 3 está representada, a título de exemplo, como seqüência da aplicação do processo em diagramas de fluxo 200, uma com- pressão da câmara de combustão 201, um curso de combustão 202 e um momento 203, em função de uma posição do eixo de manivelas KW 204, sendo que, a compressão da câmara de combustão 201 está representada em mbar, e o momento está representado com um offset, e expandido (50.000+ 100* M) em Nm.
Na figura 2 está representado um curso da compressão da câ- mara de combustão 205, um curso de combustão 206, bem como, um curso do momento 207 de uma combustão, que apresenta um ponto de combus- tão otimizado. A metade da energia, neste caso, é convertida no instante correspondente a uma posição do eixo de manivelas KW 204 de 8o de acor- do com o ponto motor superior (OT).
Em oposição a isso, a figura 3 mostra um exemplo para as mesmas grandezas com uma combustão bastante deteriorada através do emprego do processo, contudo, com energia química total igual. O curso do momento 207 mostra uma forte redução em relação ao decurso do momen- to 207 na figura 2 que realiza a conversão da energia em um ângulo de ma- nivelas mais atrasado. Uma ignição atrasada, dependendo do valor de lambda e dos tipos de combustível produz um atraso de ignição maior e uma inflamação mais longa. Isto leva a uma conversão de calor retardada em um instante, onde o êmbolo já funcionou em grande parte para baixo, de tal modo que, a transformação de energia térmica em trabalho mecânico ocorra com grau de eficiência termodinâmica nitidamente piorado, o que le- va a uma redução nítida do momento do motor. A conseqüência é um valor de não suavidade de funcionamento aumentado, que pode ser avaliado, por exemplo, através da avaliação do número de rotações.
Claims (16)
1. Processo para a determinação de uma composição de com- bustível de uma mistura de combustível composta de um primeiro e, pelo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, com relação de combustível e ar conhecida ou de um valor de Iambda em combustível conhecido, no qual através de intervenções visadas a suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna é influenciada negativamente, pelo menos, temporariamente, caracterizado pelo fato de que a influência é realizada por meio de uma variação de um ângulo de ignição e/ou por meio de uma variação da relação de combustível e ar, sendo que, de uma não suavidade de funcionamento resultante disso ou de um gradiente resultante disso para a não suavidade de funcionamento é derivado um parâmetro para a composição da mistura de combustível e- xistente atualmente ou um valor de Iambda para os cilindros da máquina de combustão interna.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no caso da intervenção visada, as propriedades do combustível como baixa capacidade de ignição, o atraso de ignição, o comportamento de inflamação e/ou o comportamento de ebulição são usadas para a determi- nação da composição da mistura de combustível existente atualmente ou do valor de lambda.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que para a determinação da composição da mistura de com- bustível existente atualmente, depois de um arranque a frio da máquina de combustão interna é utilizado o comportamento de ebulição ou o comporta- mento de evaporação da mistura de combustível, bem como um decurso característico da não suavidade de funcionamento durante uma fase de fun- cionamento a quente da máquina de combustão interna.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -3, caracterizado pelo fato de que o instante de ignição durante a intervenção é retardado na direção da ignição retardada e/ou a relação de combustível e ar é reduzida.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a regulagem do instante de ignição e/ou da relação de combus- tível e ar é realizada constantemente ou em estágios.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -5, caracterizado pelo fato de que a não suavidade de funcionamento ou o gradiente da não suavidade de funcionamento é comparada com um valor limite para a não suavidade de funcionamento ou para o gradiente da não suavidade de funcionamento, e no alcance ou na ultrapassagem do valor limite correspondente é determinado um limite de funcionamento pobre ou um limite para o ângulo de ignição, ou no não alcance do valor limite corres- pondente é realizada de novo a regulagem do instante de ignição e/ou da relação de combustível e ar.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -6, caracterizado pelo fato de que a partir do limite de funcionamento pobre é calculado um valor para o valor médio de Iambda de todos os cilindros ou um valor característico para o combustível empregado atualmente.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que como valor característico para o combustível empregado atual- mente é determinado um teor de etanol, um teor de metanol ou um teor de etanol e metanol.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -8, caracterizado pelo fato de que em uma máquina de combustão interna com um cilindro são operadas combustões individuais uma após a outra, com ângulo de ignição retardado e/ou relação de combustível e ar pobre.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que em uma máquina de combustão interna com vários cilindros, um cilindro ou uma parte dos cilindros é operada com ângulo de ignição retardado em relação aos cilindros que permanecem e/ou relação de combustível e ar pobre.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a não suavidade de funcionamento é determinada através de avaliação do número de rotações.
12. Uso do processo como definido em qualquer uma das rei- vindicações 1 a 11, em uma máquina de combustão interna, sendo que, ao invés do ângulo de ignição o curso de injeção é variado.
13. Uso do processo como definido em qualquer uma das rei- vindicações 1 a 11 e de acordo com a reivindicação 12, para a determinação de outros parâmetros do motor, sendo que, o processo é realizado com re- lação de combustível e ar conhecida, e com valor de Iambda conhecido.
14. Uso do processo de acordo com a reivindicação 13, para o diagnóstico de um retorno de gases de exaustão.
15. Uso do processo de acordo com a reivindicação 13, para o posicionamento da válvula de movimento de carga.
16. Dispositivo para a determinação de uma composição de combustível de uma mistura de combustível composta de um primeiro e, pe- lo menos, de um segundo combustível, para a operação de uma máquina de combustão interna, com relação de combustível e ar conhecida ou de um valor de Iambda em combustível conhecido, que apresenta uma unidade de controle do motor, com a qual através de intervenções visadas, a suavidade de funcionamento da máquina de combustão interna pode ser influenciada negativamente, pelo menos, temporariamente, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle do motor apresenta blocos de medida (40, 50), com os quais um ângulo de ignição e/ou a relação de combustível e ar po- dem ser regulados, e uma não suavidade de funcionamento resultante des- sas medidas, ou de um gradiente resultante disso para a não suavidade de funcionamento pode ser derivado um parâmetro para a composição da mis- tura de combustível existente atualmente, ou um valor de Iambda para os cilindros da máquina de combustão interna.
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