BRPI1002929A2 - processo e dispositivo para a determinação de uma mistura de combustìvel para a operação de um motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PIRA A DETERMINAçãO DE UMA MISTURA DE COMBUSTIVEL PARA A OPERAçãO DE UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. A presente invenção refere-se a um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível consti ulda de um primeiro combustível e de pelo menos um segundo combustíve para aoperação de um motor de combustão interna, sendo que os combus iveis se diferenciam quanto ás suas propriedades químicas e/ou físicas /ou de combustão, sendo que faixas de operação do motor de combustã interna são delimitadas uma em relação à outra e sendo que são deter inadas grandezas características, as quais dependem das propriedades c1uímicas e/ou físicas e/ou de combustão da mistura de combustível. Nesse rocesso é previsto que a partir de uma primeira grandeza característica se d termine um primeiro valor de composição da mistura de combustível; que a artir de pelo menos uma segunda grandeza característica se determine pel menosum segundo valor da composição; que fatores de ponderação ara os valores de composição sejam predeterminados em função da pre isão de diagnóstico do respectivo valor de composição e que a compo ição da mistura de combustível seja determinada a partir de uma com inação, ponderada com os correspondentes fatores de ponderação, do rimeiro valor de composição e pelo menos do segundo valor de composição. A invenção refere-se ainda um dispositivo correspondente. O processo e o dispositivo possibilitam uma deter inação económica, precisa e confiável da composição de misturas de co bustível para motores de combustão interna.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO DE UMA MISTURA DE COMBUSTÍVEL PARA A OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA"

A presente invenção refere-se a um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível de um primeiro combustível e pelo menos um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo que os combustíveis se diferenciam quanto às suas propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão, sendo que faixas de operação do motor de combustão interna são delimitadas uma em relação à outra e sendo que são determinadas variáveis características, as quais dependem das propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão da mistura de combustível.

A invenção se refere ainda a um dispositivo para a determinação da composição de uma mistura de combustível de um primeiro combustível e pelo menos de um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo que os combustíveis se diferenciam quanto às suas propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão, sendo que faixas de operação do motor de combustão interna estão delimitadas uma em relação à outra, sendo que são determinadas variáveis características, as quais dependem das propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão da mistura de combustível e sendo que uma unidade de controle está combinada ao motor de combustão interna.

Estado de Técnica

Motores de combustão interna à base de motores Otto em geral são operados com um combustível de hidrocarbonetos de combustíveis fósseis à base de petróleo refinado. A esse combustível é adicionado cada vez mais álcool gerado por matérias-primas cultivadas (plantas), como por exemplo etanol ou metanol em diferentes proporções de mistura. Nos USA e na Europa emprega-se freqüentemente uma mistura de 75-85 % de etanol e 15-25 % de gasolina, sob a marca E85. Os motores de combustão interna são projetados de tal modo que eles possam operar tanto com gasolina pura, quanto com misturas até o E85; isso é chamado de "operação flex- fuel". Para uma operação econômica com um impacto pequeno de substâncias poluentes, e ao mesmo tempo com uma alta potência do motor, é preciso que os parâmetros de operação na "operação flex-fuel" sejam adaptados à respectiva mistura de combustível presente. Por exemplo, havendo uma proporção de ar/combustível estequiométrica com 14,7 frações de peso de ar por fração de gasolina, no caso de se empregar etanol, então, contudo, é preciso ajustar uma fração de ar de 9 frações de peso.

No caso da "operação flex-fuel", devido às diferentes propriedades de evaporação do etanol e da gasolina em função da temperatura, ao ocorrer a partida do motor de combustão interna é preciso predeterminar um fator de beneficiamento adaptado em função da proporção da mistura. O ponto de ignição também tem que ser adaptado em função da mistura de combustível. Por isso, o conhecimento das proporções da mistura de combustível presente tem significado fundamental para a operação do motor de combustão interna.

Para a determinação da composição da mistura de combustível podem ser empregados diferentes sensores de tipo de combustível, também chamados de "fuel composition sensors". O sensores de tipo de combustível aproveitam as diferentes propriedades dos combustíveis empregados, como por exemplo do álcool e da gasolina, para a determinação da composição de combustível. Nesse sentido, por exemplo, o etanol é um solvente prótico, o qual contém íons de hidrogênio e apresenta uma grande constante de dieletricidade, embora dependente do teor de água. A gasolina, ao contrário, é um solvente aprótico com uma constante pequena de dieletricidade. Com base nisso, existem sensores de tipos de combustível que determinam a composição de combustível com base nas propriedades dielétricas da mistura de combustível. Outros sensores de tipos de combustível aproveitam as diferentes condutibilidades elétricas ou as diferentes propriedades óticas dos combustíveis, como por exemplo os diferentes índices de refração. Nesse caso, a desvantagem é que devido ao emprego de sensores de tipos de combustível, aumentam os custos do sistema. Uma outra desvantagem consiste em que segundo as normas existentes é preciso monitorar a funcionalidade correta dos sensores de tipos de combustível, o que requer um dispêndio adicional.

Por isso, foram desenvolvidos sistemas baseados em softwares para a determinação da composição do combustível, que não empregam nenhum sensor especial de tipos de combustível, mas sim que avaliam os sinais dos sensores presentes no motor de combustão interna. Esses sistemas podem ser concretizados de modo mais econômico do que os sistemas com sensores de tipos de combustível.

Pelo DE 3036107 C3 conhece-se um dispositivo de regulagem para um sistema de medição de combustível em um motor de combustão interna, constituído por um dispositivo de alimentação de combustível (válvula injetora de combustível), uma sonda lambda, meios (dispositivo de tempo) para a geração de um sinal de medição básica, que corrigido em função das variáveis de operação, determina o sinal de comando (ti) do dispositivo de alimentação de combustível, um regulador lambda, que a partir de um sinal (λ) medido pela sonda lambda determina um fator de correção, o qual de modo multiplicativo influencia o sinal de medição básica (tp) com o fator de correção. Nesse caso, é previsto que a correção lambda é dependente,além do fator de correção (KR λ), também de uma grandeza de correção aditiva (ΚΑ λ) e/ou uma grandeza de correção multiplicativa (KL λ), que é determinada em função das grandezas de fator de correção e das grandezas de operação.

O dispositivo de regulagem possibilita que os desvios sistemáticos das medições de combustível predeterminadas por meio do sinal de medição básica, ou seja o assim chamado pré-controle, em relação ao valor determinado através da regulagem lambda sejam compensados através de uma intervenção de adaptação com uma correspondente correção de longo prazo. Os desvios sistemáticos podem ser condicionados, por exemplo, por influências de envelhecimento ou por influências de acabamento. Na média, a quantidade de combustível definida através do pré-controle corrigido corresponde à quantidade efetivamente necessária. Desvios de curta duração podem ser compensados por meio do regulador lambda, para o qual se encontra disponível novamente toda a faixa de regulagem. O processo que serve de base também é chamado de adaptação de mistura.

A determinação das proporções de mistura de combustível pode ser efetuada sem qualquer sensor adicional de tipos de combustível, com base em uma adaptação de combustível. A adaptação de combustível é ativada depois de um abastecimento do tanque identificado pelo detector de nível de tanque. Uma composição de combustível modificada pelo processo de abastecimento do tanque leva a um proporção estequiométrica modificada entre ar e combustível. Através de uma correspondente intervenção da regulagem lambda sobre os parâmetros operacionais do motor de combustão interna, especialmente sobre a proporção ajustada de ar/combustível e sobre o ponto de ignição, toma-se em consideração essa modificação das propriedades do combustível no âmbito da adaptação de combustível. A partir da intervenção da regulagem lambda, respectivamente da adaptação de combustível, pode-se, portanto, tirar conclusões sobre a proporção estequiométrica e daí sobre a composição da mistura de combustível. A composição da mistura de combustível pode ser determinada economicamente de modo correspondente através de uma simples solução com software.

Nesse caso, a desvantagem é que depois de um abastecimento do tanque, durante a adaptação de combustível é preciso desativar provisoriamente a adaptação da mistura, para que as propriedades modificadas de combustão da mistura de combustível não sejam reguladas indevidamente através da correção de longa duração da adaptação de mistura. A desativação da adaptação de mistura é indesejável e contraria as exigências, especialmente da CARB nos USA no sentido de um monitoramento e diagnóstico contínuos do sistema de alimentação de combustível.

Uma outra desvantagem desse processo é que ao ocorrer um abastecimento do tanque com pequenas quantidades de combustível, os sensores de nível de enchimento do tanque não identificam isso com segurança. Se esses abastecimentos de pequenas quantidades forem realizados repetidamente, então pode ocorrer, especialmente com nível baixo do tanque de combustível, que a composição de combustível se modifique significativamente sem que isso seja identificado e regulado pela adaptação de combustível. A modificação das propriedades de combustão será então erradamente corrigida pela adaptação de mistura.

Um outro sistema para a determinação da proporção de mistura de combustível sem o emprego de um sensor especial de tipos de combustível é descrito no documento R.312407 ainda não divulgado da depositante. Esse documento descreve um processo para a determinação da proporção (z) de componentes de uma mistura de combustível, a qual é transportada por uma bomba de combustível,sendo que o processo se caracteriza pelo fato de que é detectada uma medida (p_KP) para a absorção de potência de bomba para a bomba de combustível e que com base na medida detectada (p_KP) determina-se a proporção (z) dos componentes da mistura de combustível.

Um outro processo para a determinação da proporção da mistura de combustível sem o emprego de um sensor especial de tipos de combustível é descrito no documento R. 318835 ainda na publicado da depositante. Esse documento descreve um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível constituída de um primeiro combustível e de um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo que o primeiro e o segundo combustível apresentam diferentes coeficientes de octanagem e sendo que o motor de combustão interna apresenta no mínimo um sensor de detonação e uma regulagem de detonação. Esse processo se caracteriza pelo fato de que a composição da mistura de combustível é determinada por meio de um sinal inicial do sensor de detonação.

Um outro processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível constituída de um primeiro e de pelo menos um segundo combustível, para a operação de um motor de combustão interna, sendo que misturas de combustível de diferentes composições apresentam uma resistência à detonação diferenciada, caracteriza-se pelo fato de que a composição da mistura de combustível é determinada pelo ângulo de ignição, no quão não ocorra nenhuma detonação do motor. Esse processo é descrito no documento R.320246 ainda não publicado da depositante.

No documento R.325571 ainda não publicado da depositante descreve-se um processo para a determinação de uma composição de combustível de uma mistura de combustível constituída de um primeiro e de pelo menos um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo conhecida a proporção de ar-combustível ou de um valor Iambda sendo conhecido o combustível, no qual, por meio de intervenções planejadas, influencia-se negativamente ao menos temporariamente o equilíbrio de rolamento do motor de combustão interna, sendo que o processo se caracteriza pelo fato de que a influência é executada por meio de uma variação de um ângulo de ignição e/ou por meio de uma variação da proporção de ar-combustível, sendo que a partir de um equilíbrio de rolamento daí resultante, respectivamente a partir de um gradiente daí resultante para o equilíbrio de rolamento, deduz-se uma grandeza característica para a composição da mistura de combustível atualmente presente ou um valor Iambda para os cilindros do motor de combustão interna.

No documento R.322638 ainda não publicado da depositante, descreve-se um processo para a determinação da composição de uma mistura de combustível constituída de um primeiro combustível e de pelo menos um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna com autoignição, com pelo menos um sensor que determina a evolução da combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna, o qual se caracteriza pelo fato de que a partir de uma grandeza que caracteriza um processo de combustão em pelo menos um cilindro do motor de combustão interna forma-se uma medida para a estabilidade do processo de combustão, e pelo fato de que a determinação da composição da mistura de combustível ocorre a partir da medida para a estabilidade do processo de combustão.

No documento R.327499 ainda não publicado da depositante descreve-se um processo para a determinação de uma composição de combustível de uma mistura de combustível constituída de um primeiro e de pelo menos um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo que a uma unidade de controle é fornecido um sinal inicial de uma sonda Iambda de banda larga disposta em um canal de escapamento do motor de combustão interna, o qual se caracteriza pelo fato de que a composição da mistura de combustível é determinada a partir da evolução de uma curva característica de corrente de bomba da sonda Iambda de banda larga em função do valor Iambda do gás de escapamento.

Esse processo mencionado para a determinação da composição de uma mistura de combustível com base em diferentes sinais e grandezas características já existentes do motor de combustão interna, respectivamente de sua unidade de controle, revela a desvantagem de que as precisões de diagnóstico que podem ser obtidas na determinação da composição de combustível é, em parte, maior do que a precisão requerida para o controle do motor de combustão interna.

No documento R.322094 ainda não publicado da depositante descreve-se um processo para o controle de um motor de combustão interna, o qual é operado com uma mistura de combustível constituída de um primeiro e de pelo menos um segundo combustível, sendo que o motor de combustão interna apresenta um dispositivo de dosagem de combustível, um medidor de nível de enchimento de tanque para a determinação do conteúdo do tanque e de uma alteração do conteúdo do tanque, um sensor para a detecção do enchimento de cilindro para a determinação de uma massa de ar fornecida ao motor de combustão interna, e pelo menos uma sonda de gás de escapamento para a determinação e regulagem do teor de oxigênio no gás de escapamento, sendo que o processo de caracteriza pelo fato de que em uma primeira etapa do processo, um primeiro valor para a composição da mistura de combustível é determinado a partir da massa de ar fornecida e da alteração medida do conteúdo de tanque, mediante a consideração do teor de oxigênio no gás de escapamento; pelo fato de que em uma segunda etapa do processo um segundo valor para a composição da mistura de combustível é determinado a partir da massa de ar fornecida ao motor de combustão interna durante a marcha lenta e a partir da quantidade de combustível fornecida por meio do dispositivo de dosagem de combustível; pelo fato de que o primeiro e o segundo valor são comparados quanto a coincidência dentro de um limite predeterminado e pelo fato de que no caso de valores divergentes um do outro, conclui-se pela existência de um erro do dispositivo de dosagem de combustível, na determinação da massa de ar fornecida ou do medidor de nível enchimento de tanque. Esse processo serve, portanto, para o monitoramento do dispositivo de dosagem de combustível, ao monitoramento da massa de ar fornecida ou ao monitoramento do medidor de nível de enchimento de tanque; a precisão na determinação dos dois valores para a composição da mistura de combustível acha-se limitada à precisão de cada um dos processos em que se baseia para a determinação da composição e, portanto, fica sujeita a grandes imprecisões de diagnóstico.

O objetivo da invenção é disponibilizar um processo, que possibilite uma identificação segura e econômica da composição de uma mistura de combustível constituída de pelo menos dois combustíveis com uma imprecisão suficientemente pequena de diagnóstico.

Evidência da Invenção

O objetivo da invenção referente ao processo é alcançado na medida em que a partir de uma primeira grandeza característica se determina um primeiro valor de composição da mistura de combustível; que a partir de pelo menos uma segunda grandeza característica se determine pelo menos um segundo valor da composição; que fatores de ponderação para os valores de composição sejam predeterminados em função da precisão de diagnóstico do respectivo valor de composição e que a composição da mistura de combustível seja determinada a partir de uma combinação, ponderada com os correspondentes fatores de ponderação, do primeiro valor de composição e pelo menos do segundo valor de composição.

Devido às diferentes propriedades dos combustíveis puros são obtidas diferentes propriedades químicas e físicas, bem como diferentes propriedades de combustão para misturas de combustível compostas em diferentes proporções de mistura. Essas propriedades influenciam muitas grandezas características, em sua maioria independentes uma da outra, que são detectadas para o controle do motor de combustão interna. A partir de cada uma das grandezas características podem ser deduzidos, portanto, índices para a composição da mistura de combustível sob a forma de valores de composição. Um valor de composição descreve a composição da mistura de combustível, tal como ela foi determinada com base em uma grandeza característica. De acordo com a correlação das grandezas características que lhes servem de base com a composição da mistura de combustível e de tolerâncias na determinação dos valores de medição que servem de base, cada um dos valores de composição apresenta imprecisões de diagnóstico que podem se situar nitidamente mais elevadas do que a precisão desejada na determinação da composição da mistura de combustível. Já que cada uma das grandezas características são independentes uma da outra, então se pode partir de uma distribuição estocástica dos valores de composição daí deduzidos e das correspondentes imprecisões de diagnóstico. Através de uma combinação adequada de cada um dos valores de composição pode-se, portanto, determinar a composição efetiva da mistura de combustível com uma precisão nitidamente maior do que aquela que é possível com base em cada um dos valores de composição. Nesse caso, uma maior quantidade de valores de composição à disposição aumenta a precisão das conclusões.

Os valores de composição podem ser deduzidos de sinais de sensor ou a partir de valores computados na evolução do programa de uma unidade de controle do motor de combustão interna. Por isso, valores de composição diferentes podem ser determinados diferentes precisões. Portanto, de acordo com a invenção, é previsto que os valores de composição sejam providos de fatores de ponderação ao ocorrer a possível determinar com maior precisão a magnitude do desvio a ser esperado.

Nesse processo é vantajoso o fato de que a determinação dos valores de composição e, portanto, da composição da mistura de combustível, pode ocorrer a partir de grandezas características já existentes no caso de motores de combustão interna modernos. Não é preciso prever nenhum componente adicional, como por exemplo sensores adicionais de tipos de combustível, o que possibilita uma conversão econômica do processo sob a forma de uma simples solução de software.

Para a execução do processo de acordo com a invenção, não é preciso desativar as funções de diagnóstico requeridas pelos legisladores, como por exemplo a adaptação de mistura, e isso aumenta nitidamente a aceitação para o processo em relação às soluções de software já existentes.

Uma outra vantagem em relação a soluções já existentes é que a determinação da composição de combustível não se acha presa à identificação de um processo de abastecimento de tanque. Nos processos já existentes, que pressupõem a identificação de um processo de abastecimento de tanque, se forem abastecidas com freqüência quantidades muito pequenas que não sejam mais identificadas pelo sistema de sensor de nível de enchimento de tanque, então isso - particularmente no caso de um nível baixo de enchimento do tanque - pode levar a uma alteração sensível da composição da mistura de combustível, sem que isso seja identificado pelo processo.

Em faixas operacionais diferentes do motor de combustão interna, tal como a marcha lenta, funcionamento por impulsão, funcionamento em carga parcial e em carga total, é possível determinar os valores de composição com precisão diferenciada. De acordo com a invenção, portanto, é previsto que os fatores de ponderação de cada um dos valores de composição sejam predeterminados em função da atual faixa operacional do motor de combustão interna. Nesse caso, também pode ser previsto que em uma faixa operacional, um fator de ponderação para um valor de composição seja igual a zero e esse valor de composição não seja levado em consideração na determinação da composição. Nessa forma de execução, a composição da mistura de combustível pode ser determinada com melhor precisão em uma outra faixa de aplicação do motor de combustão interna.

Se os fatores de ponderação forem determinados a partir do valor inverso da precisão percentual de diagnóstico do valor de composição, então com o método de propagação de erro de Gauss é possível calcular a composição mais provável da mistura de combustível e o desvio médio em relação ao valor real. Se a precisão de diagnóstico for 20 %, por exemplo, deve-se aplicar o fator de ponderação 1/0,2 = 5. No caso de dois valores de composição Z1 e Z2 e de dois fatores de ponderação W1 e W2, a composição mais provável wZ é

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A precisão m para a composição mais provável wZ para um teor máximo de etanol de 85 % é calculada por:

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A composição de uma mistura de combustível pode ser determinada a partir de uma quantidade predeterminada de valores de composição,na medida em que a composição da mistura de combustível seja determinada a partir da soma dos valores de composição multiplicados pelos quadrados dos correspondentes fatores de ponderação, divididos pela soma dos quadrados dos fatores de ponderação. Segundo esse cálculo pelo método de Gauss de propagação de erro, determina-se o valor mais provável para a composição. Nesse caso, um aumento da quantidade dos valores de composição diminui vantajosamente o desvio em relação ao valor real da composição e melhora os limites de erro na determinação.

Uma predeterminação particularmente simples dos fatores de ponderação para faixas diferentes de operação e um cálculo simples com precisão suficiente são obtidos na medida em que os fatores de ponderação sejam predeterminados em estágios.

A precisão que pode ser obtida do valor estimado da composição real pode ser calculada na medida em que o teor máximo de etanol seja dividido pela raiz quadrada da soma dos quadrados dos fatores de ponderação. No caso de um teor de etanol de no máximo 85 % e de um desvio médio relativo de 10 %, o desvio médio absoluto comporta, portanto, 8,5 %.

Os motores de combustão interna modernos dispõem freqüentemente de sensores de detonação, cujo sinal inicial é empregado para uma regulagem da detonação. Se os combustíveis diferirem quanto aos seus índices de octanagem, respectivamente quanto às suas resistências à detonação, então o índice de octanagem e a resistência à detonação de uma mistura de combustível daí obtida serão determinados através da proporção de mistura dos combustíveis participantes. A partir do sinal inicial do sensor de detonação ou de um processo de regulagem da regulagem de detonação, por exemplo a emissão do ângulo de ignição, é possível fazer um diagnóstico quanto à composição da mistura de combustível independentemente de outros processos para a determinação de valores de composição. Por isso, pode ser previsto que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja determinada a partir de um sinal inicial de um sensor de detonação ou a partir de uma regulagem de detonação do motor de combustão interna, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. De acordo com a quantidade das diferentes faixas operacionais pode-se predeterminar uma quantidade de fatores de ponderação para o valor de composição assim determinado.

Um outro valor de composição pode ser determinado na medida em que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja empregado o número de rotação de uma bomba de combustível comutada eletronicamente ou a corrente elétrica fornecida à bomba de combustível, e na medida em que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. Característica física de diferenciação entre os combustíveis misturados, nesse caso, é a diferente viscosidade e a diferente dependência de temperatura da viscosidade de cada um dos combustíveis e, portanto, da mistura de combustível resultante. A viscosidade da mistura de combustível influencia diretamente o número de rotações e a corrente elétrica fornecida à bomba de combustível, de tal modo que a partir dessas grandezas características seja possível obter índices para a composição da mistura de combustível. Nesse caso, é vantajoso que a determinação do valor de composição ocorra independentemente de outros processos para a determinação de grandezas características, a partir das quais são deduzidos outros valores de composição, o que representa um pressuposto para uma distribuição estocástica dos valores de composição.

De acordo com uma variante preferida de configuração da invenção pode ser previsto que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja determinada na medida em que uma pressão prévia de bombeamento formada por uma bomba de combustível de baixa pressão seja diminuída até que na região entre a bomba de combustível de baixa pressão e uma bomba de combustível de alta pressão disposta em seguida se formem bolhas de vapor; que como grandeza característica seja empregada a pressão prévia de bombeamento a partir da qual surgem as bolhas de vapor, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. Esse processo pode ser empregado particularmente em motores de combustão interna com injeção direta. A base para isso é a pressão de vapor diferente dos combustíveis empregados. Nesse sentido, por exemplo, uma mistura de combustível constituída de etanol e gasolina, a uma temperatura constante e com um teor de etanol maior do que 30 %, apresenta uma pressão de vapor decrescente com um crescente teor de etanol. Por exemplo, se durante uma função de teste a pressão prévia de bombeamento da bomba de combustível de baixa pressão for diminuída por breve tempo até que, devido a uma queda abaixo da pressão de vapor da mistura de combustível, se formem bolhas de vapor na mistura de combustível entre a bomba de combustível de baixa pressão e a bomba de combustível de alta pressão, então será interrompido o bombeamento de alta pressão. Sendo conhecida a temperatura, agora, a partir da pressão prévia de bombeamento ajustada pode-se fazer um diagnóstico da composição da mistura de combustível.

Combustíveis se diferenciam quanto às suas densidades de energia. Nesse sentido, a densidade de energia de uma mistura de combustível depende da proporção de mistura e das respectivas densidades de energia dos combustíveis empregados. A necessidade de potência de um motor de combustão interna em marcha lenta é conhecida, respectivamente pode ser determinada, em função da temperatura do agente de refrigeração, do desempenho, do ângulo de ignição e dos dispositivos consumidores auxiliares tais como o compressor de climatização, o gerador, a bomba de fluido refrigerante, a bomba de óleo, e o número de rotações. No caso de um combustível com baixa densidade de energia é preciso fornecer mais combustível ao motor de combustão interna durante a marcha lenta em comparação com um combustível com alta densidade de energia. Nesse sentido, a quantidade de combustível fornecida ao motor de combustão interna em marcha lenta encontra-se em correlação direta com a proporção de mistura da mistura de combustível e pode ser empregada como grandeza característica para a determinação de um valor de composição. Por isso, pode ser previsto que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja empregado o consumo da mistura de combustível durante a marcha lenta e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. Nesse caso, é vantajoso o fato de que a corrente volumétrica de combustível fornecida ao motor de combustão interna em marcha lenta ao longo da duração da injeção esteja disponível para o aparelho de controle como grandeza característica.

Um empobrecimento da mistura de combustível-ar, isto é, um aumento do valor lambda, em motores de combustão interna leva a um desequilíbrio crescente de rolamento. Nesse caso, combustíveis diferentes e misturas de combustível compostas por eles possuem um assim chamado limite típico de rolamento pobre e, além disso, um limite para a quantidade de gás de escapamento que pode retornar em um retorno para gás de escapamento. Se a mistura ar-combustível fornecida ao motor de combustão interna for empobrecida, então tanto o retardo de ignição será aumentado, quanto também será bastante retardada a inflamação ou então a inflamação não ocorrerá. Isso leva a combustões extremamente demoradas ou a falhas de combustão, que então resultam em um desequilíbrio de rolamento nitidamente maior. O conhecimento do limite de rolamento pobre e do limite para o retorno do gás de escapamento representam um índice para a proporção de mistura da mistura de combustível empregada. Por isso, pode ser previsto que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja empregado um limite de rolamento pobre e/ou um limite da capacidade de suporte de retorno do gás de escapamento, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim obtido, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. Nesse caso, é vantajoso o fato de que o limite de rolamento pobre e a capacidade de suporte de retorno de gás de escapamento são facilmente determinados através de uma variação correspondente da proporção ar-combustível ou da quantidade de gás de escapamento retornada. Uma estocástica de combustão alterada pode ser determinada através de avaliação do número de rotações do virabrequim, por exemplo através de algoritmos correspondentes do equilíbrio de rolamento.

É previsto que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja empregada a evolução de uma corrente de bomba de uma sonda Iambda debanda larga disposta no escapamento do motor de combustão interna, em função do valor Iambda do gás de escapamento, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição, como por exemplo recorrendo-se a um outro valor de composição determinado independentemente para a determinação da composição da mistura de combustível. Escapamentos de combustíveis diferentes, como por exemplo etanol e gasolina, se caracterizam por diferentes proporções de hidrogênio-monóxido de carbono. O escapamento de etanol de uma mistura de combustível contendo etanol apresenta uma proporção de hidrogênio-monóxido de carbono maior do que ocorre na combustão de gasolina pura. Devido à mistura modificada de gasolina, a curva característica da sonda Iambda de banda larga, especialmente em uma faixa de lambda<1, mostra um comportamento da corrente de bomba dependente da proporção de mistura dos combustíveis empregados. Nesse caso a vantagem é que para a determinação do valor de composição é possível recorrer a uma sonda Iambda de banda larga existente e não é necessário nenhum outro componente, de tal modo que só é necessária uma adaptação correspondente do software no aparelho de controle do motor de combustão interna.

Sem componentes adicionais, um valor de composição pode ser determinado na medida em que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja deduzido de uma espessura de película de parede de tubo de aspiração e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. Em motores de combustão interna com injeção com tubo de aspiração, forma-se uma película de parede de tubo de aspiração a partir do respectivo combustível, respectivamente a partir da respectiva mistura de combustível. A espessura da película de parede de tubo de aspiração depende da entalpia de evaporação do combustível empregado. Devido ao fato de que os combustíveis, como por exemplo a gasolina e o etanol, se diferenciam quanto às suas entalpias de evaporação, então a espessura de película de parede de tubo de aspiração depende diretamente da proporção de mistura dos combustíveis empregados. No caso de uma alteração da proporção ar-combustível, promovida por uma vontade do motorista ou pela unidade de controle do motor, é preciso que a película de parede de tubo de aspiração seja inicialmente aumentada, respectivamente reduzida, para a nova espessura de equilíbrio. Por isso, o valor de composição pode ser determinado através da observação da intervenção Iambda na passagem de uma interrupção de avanço para a retomada do fornecimento de combustível e da combustão.

Uma outra configuração da invenção prevê que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja determinada a partir da regulagem da adaptação de mistura e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação para o valor de composição. As propriedades de combustão das misturas de combustível dependem diretamente da respectiva composição da mistura de combustível. Através da adaptação da mistura sob controle lambda, os parâmetros operacionais do motor de combustão interna são adaptados a uma composição de combustível alterada no sentido de que a composição do gás de escapamento se situe na faixa predeterminada, como por exemplo no caso de um lambda = 1. A partir da observação passiva da adaptação de mistura, ou seja, sem intervir na evolução do diagnóstico ou sem bloquear a adaptação de mistura em um diagnóstico de alimentação de combustível, pode-se obter um outro índice para a composição da mistura de combustível e, portanto, um outro valor de composição.

Um outro valor de composição da mistura de combustível pode ser determinado independentemente na medida em que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição da mistura de combustível seja empregado um sinal de um sensor de tipos de combustível e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim obtido, seja predeterminado ao menos um fator de ponderação para o valor de composição.

O objetivo da invenção no que se refere ao dispositivo é alcançado na medida em que à unidade de controle são fornecidas grandezas características e/ou sinais para a determinação das grandezas características; que na unidade de controle é prevista uma evolução de programa para a determinação de pelo menos dois valores de composição a partir das grandezas características; que são predeterminados fatores de ponderação em função da precisão de diagnóstico nas respectivas faixas operacionais, e que na unidade de controle é prevista uma evolução de programa para a determinação da composição da mistura de combustível a partir de pelo menos dois valores de composição e dos respectivos fatores de ponderação. Desse modo, a composição de uma mistura de combustível pode ser determinada através de uma simples solução de software sem componentes adicionais, sem que seja preciso desativar temporariamente funções de diagnóstico que são predeterminadas pelos legisladores. A quantidade dos valores de composição levados em consideração para a determinação da composição da mistura de combustível pode ser ampliada de acordo com a quantidade dos sinais e grandezas características disponíveis para a unidade de controle, os quais dependem das propriedades da mistura de combustível, fazendo-se com que assim seja possível reduzir a imprecisão de diagnóstico da composição detectada da mistura de combustível.

O processo e o dispositivo podem ser empregados, de preferência, para a determinação da composição de uma mistura de combustível constituída de gasolina e de álcool, de preferência de uma mistura de combustível constituída de gasolina e de etanol.

Breve descrição do Desenho

A seguir, a invenção será explicada com base em um exemplo de execução representado na figura. Mostra-se: Figura 1: um diagrama para a determinação de uma composição de uma mistura de combustível.

A figura 1 mostra um diagrama para a determinação de uma composição 10 de uma mistura de combustível a partir de várias grandezas características para a composição 10, no exemplo de uma mistura de combustível de gasolina e etanol. Ao longo de um primeiro eixo 11 acha-se registrada a fração percentual de etanol na mistura de combustível. Para se obter um desvio total 16 pretendido na determinação da composição 10, a partir das grandezas características para a composição 10 determina-se um primeiro valor de composição 12, um segundo valor de composição 13, um terceiro valor de composição 14 e um quarto valor de composição 15. Os valores de composição 12, 13, 14, 15 são mostrados como valor esperado com desvio padrão e são dispostos um ao lado do outro ao longo de um segundo eixo 17. Os valores de composição 12, 13, 14, 15 podem ser determinados, por exemplo, a partir de um índice de octanagem, de uma pressão de vapor da mistura de combustível, de um limite de rolamento pobre ou de uma resistência à detonação, como grandezas características.

Em vez de quatro valores, de acordo com a invenção pode-se usar também uma outra quantidade de dois ou mais valores de composição. O desvio padrão dos valores de composição 12, 13, 14,15, nesse caso, pode ser maior do que o desvio total máximo pretendido 16 para a determinação da composição 10 da mistura de combustível.

De acordo com a invenção, a composição 10 da mistura de combustível é determinada através de uma combinação dos valores de composição 12, 13, 14, 15. Nesse caso, a combinação ocorre através da formação de um valor médio ponderado em relação aos valores de composição 12, 13, 14, 15. Aos valores de composição 12, 13, 14, 15 são combinados fatores de ponderação 18, os quais são uma medida para a precisão de diagnóstico do respectivo valor de composição 12, 13, 14, 15.

Por exemplo, um fator de ponderação 18 com o valor 5 expressa uma precisão de diagnóstico de 1/5 = 20%; no fator de ponderação 18 com o valor 4 isso significa uma precisão de diagnóstico de 1/4 = 25%. Já que os valores de composição 12, 13, 14, 15 foram determinados independentemente um do outro e, portanto, é possível se partir de uma distribuição estocástica dos valores de composição 12, 13, 14, 15 em torno da composição 10, então a precisão requerida e representada através do desvio total 16 pode ser obtida na determinação da composição 10 da mistura de combustível, mesmo quando as imprecisões de diagnóstico dos valores de composição 12, 13, 14, 15 que servem de base forem nitidamente maiores.

Com uma crescente quantidade de valores de composição 12, 13, 14, 15 levados em consideração, o valor médio ponderado formado aproxima-se da composição efetiva 10 e, portanto, ao teor real de etanol da mistura de combustível e diminui o erro na determinação da composição 10.

O aperfeiçoamento da precisão de diagnóstico através do emprego da média ponderada será explicado a seguir em um exemplo de cálculo.

Supondo-se que o primeiro valor de composição 12 comporte 40% e o segundo valor de composição 13 comporte 20%. Os fatores de ponderação 18, que reproduzem o desvio de medição na determinação das respectivas grandezas características, comportam 5, respectivamente 3. Pelo método em si conhecido de Gauss de avaliação de erros, a composição 10 determinada com base nos dois pares de valor acima comportará: Composição 10 = (40%*52 + 20%*32 ) / ( 52 + 32 ) = 34,7%

Também segundo o método de Gauss para avaliação de erro, é preciso determinar a precisão na determinação da composição 10 no caso dos dois fatores de ponderação 18 com os valores 5 e 3 e um teor máximo de etanol de 85%:

85% 52 + 32 = 14,6%

A combinação dos dois valores de composição 12, 13 com fatores de ponderação 18 com os valores 5 e 3, que correspondem a precisões de 85%/5 = 17%, respectivamente 85%/3 = 28,3%, gera portanto um diagnóstico com uma melhor precisão de 14,6%. Para uma quantidade qualquer η de valores de composição Zi com fatores de ponderação Wi, é possível calcular o teor de etanol e a precisão que pode ser obtida no caso de um teor máximo de etanol Emax, da forma que se segue:

Teor de etanol =

<formula>formula see original document page 22</formula>

Precisão =

De acordo com a invenção, os fatores de ponderação 18 podem ser fixados em função do estado operacional do motor de combustão interna. Isso melhora a confiabilidade do processo e a sua precisão, pois em alguns estados operacionais é possível determinar grandezas características de modo particularmente preciso e, por isso, elas podem ser ponderadas em nível elevado. Por outro lado, também pode ser previsto que em um determinado estado operacional uma grandeza característica seja ponderada com o fator "zero" e, portanto, não seja levada em consideração.

Já que os valores de composição individualmente 12, 13, 14, 15 podem ser determinados através de grandezas características e sinais de sensores já disponíveis para uma unidade de controle do motor de combustão interna, então a determinação da composição 10 da mistura de combustível pode ocorrer através de uma simples ampliação de software na unidade de controle, sem que seja preciso prever componentes e sensores adicionais. Para a determinação dos valores de composição 12, 13, 14, 15 e da composição 10 não é preciso interromper nenhuma rotina de diagnóstico, como por exemplo a adaptação de mistura.

<formula>formula see original document page 22</formula>

Claims (17)

1. Processo para a determinação da composição (10) de uma mistura de combustível constituída de um primeiro combustível e pelo menos de um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo que os combustíveis se diferenciam quanto às suas propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão, sendo que faixas de operação do motor de combustão interna são delimitadas uma em relação à outra e sendo que são determinadas variáveis características, as quais dependem das propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão da mistura de combustível, caracterizado pelo fato de que a partir de uma primeira grandeza característica se determina um primeiro valor de composição (12) da mistura de combustível; que a partir de pelo menos uma segunda grandeza característica se determina pelo menos um segundo valor da composição (13); que fatores de ponderação (18) para os valores de composição (12, 13) são predeterminados em função da precisão de diagnóstico do respectivo valor de composição e que a composição (10) da mistura de combustível é determinada a partir de uma combinação, ponderada com os correspondentes fatores de ponderação (18), do primeiro valor de composição (12) e pelo menos do segundo valor de composição (13).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os fatores de ponderação (18) de cada um dos valores de composição (12, 13) são predeterminados em função da atual faixa operacional do motor de combustão interna.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os fatores de ponderação (18) são determinados a partir do valor inverso da precisão percentual de diagnóstico do valor de composição.

4. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a composição (10) da mistura de combustível é determinada a partir da soma dos valores de composição (12, 13) multiplicados pelos quadrados dos respectivos fatores de ponderação (18), dividida pela soma dos quadrados dos fatores de ponderação (18).

5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os fatores de ponderação (18) são predeterminados em estágios.

6. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a precisão que pode ser obtida do valor estimado da composição real é calculada na medida em que o teor máximo de etanol é dividido pela raiz quadrada da soma dos quadrados das precisões de diagnóstico dividido pelos quadrados da quantidade dos valores de composição levados em consideração.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é determinada a partir de um sinal inicial de um sensor de detonação ou a partir de uma regulagem de detonação do motor de combustão interna, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

8. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível emprega-se o número de rotações de uma bomba de combustível comutada eletronicamente ou a corrente elétrica fornecida à bomba de combustível, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

9. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição (12, 13,14,15) da mistura de combustível é determinada na medida em que uma pressão prévia de bombeamento formada por uma bomba de combustível de baixa pressão é diminuída até que se formem bolhas de vapor na região entre a bomba de combustível de baixa pressão e uma bomba de combustível de alta pressão disposta em seguida a ela; que como grandeza característica é empregada a pressão prévia de bombeamento a partir da qual surgem as bolhas de vapor, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14,15).

10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é empregado o consumo da mistura de combustível durante a marcha lenta e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

11. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é empregado um limite de rolamento pobre e/ou um limite da capacidade de suporte de retorno do gás de escapamento, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim obtido, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

12. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é empregada a evolução de uma corrente de bomba de uma sonda Iambda de banda larga disposta no escapamento do motor de combustão interna, em função do valor Iambda do gás de escapamento, e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, seja predeterminado pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14,15).

13. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é deduzida de uma espessura de película de parede de tubo de aspiração e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

14. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que uma das grandezas características para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é determinada a partir da regulagem da adaptação de mistura e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim determinado, se predetermina pelo menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

15. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que como grandeza característica para a determinação de um dos valores de composição (12, 13, 14, 15) da mistura de combustível é empregado um sinal de um sensor de etanol e que, em função da precisão de diagnóstico obtida do valor de composição assim obtido, se predetermina ao menos um fator de ponderação (18) para o valor de composição (12, 13, 14, 15).

16. Dispositivo para a determinação da composição (10) de uma mistura de combustível constituída de um primeiro combustível e de pelo menos um segundo combustível para a operação de um motor de combustão interna, sendo que os combustíveis se diferenciam quanto às suas propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão, sendo que faixas de operação do motor de combustão interna são delimitadas uma em relação à outra e sendo que são determinadas grandezas características, as quais dependem das propriedades químicas e/ou físicas e/ou de combustão da mistura de combustível e sendo que ao motor de combustão interna acha-se associada uma unidade de controle, caracterizado pelo fato de que à unidade de controle são fornecidas grandezas características e/ou sinais para a determinação das grandezas características; que na unidade de controle é prevista uma evolução de programa para a determinação de pelo menos dois valores de composição (12, 13, 14, 15) a partir das grandezas características; que são predeterminados fatores de ponderação (18) em função da precisão de diagnóstico dos valores de composição nas respectivas faixas operacionais, e que na unidade de controle é prevista uma evolução de programa para a determinação da composição da mistura de combustível a partir de pelo menos dois valores de composição e dos respectivos fatores de ponderação (18).

17. Emprego do processo ou do dispositivo de acordo com uma das reivindicações anteriores para determinação da composição (10) de uma mistura de combustível de gasolina e álcool.