Patent BR-112015014000-A2 (BR)
Title: método para operar um motor de combustão
Inventor: ARMIN DÖLKER
IPC: F02D41/14
Filed: 2013-12-17
Abstract: relatório descritivo da patente de invenção para "método para operar um motor de combustão". [001] a presente invenção refere-se a um método para operar um motor de combustão, no qual um momento teórico é calculado a partir de uma grandeza de entrada que representa um desejo de potencia, sendo que o momento teórico será limitado por uma limitação dependente da pressão de carga. [002] na regulagem orientada por momento de um motor de combustão, é determinado pela regulagem o momento teórico e o motor de combustão será correspondentemente ativado para ajustar este momento teórico. no caso, o momento teórico é uma grandeza de regulagem do regulador de rotações. [003] a partir da publicação de 10 2004 011 599 b4 passou a ser conhecido um método para o controle orientado por momento de um motor de combustão. este método também pode ser empregado em um motor de combustão com vários turbocarregadores de gás de escape. neste método, é calculado o momento teórico de uma grandeza de entrada representando o potencial desejado, e o momento teórico será limitado por um momento máximo, dependente da massa de ar. [004] a desvantagem deste método é que na ativação de carga bem como na aceleração do motor pode se apresentar um comportamento instável, sempre quando o momento teórico for limitado pela curva lda (lda: dependente de pressão de carga), isto é, na dependência da pressão do ar de carga e da temperatura do ar de carga. [005] a massa de combustível é corrigida na dependência do comportamento da massa de ar. no caso, é empregada uma curva ponderada bidimensional com o momento teórico como grandeza de entrada. se a curva ponderada apresentar uma transição muito íngreme, por exemplo, do valor 0 para o valor 1 com o momento teórico crescente e se o campo característico de correção aplicável abranger valores superiores a 1, então resultará com o momento teórico crescente, na área da transição da curva ponderada, surgirá um valor de correção de massa de combustível positivo, isto é, será elevada a massa teórica de combustível. [006] uma massa de combustível maior resulta no cálculo de um grau de eficácia menor. um grau de eficácia menor, resulta, por sua vez, no cálculo de um momento de limitação lda menor. se o momento teórico for limitado pela função -lda na comutação de carga, ou seja, na aceleração, resultará o momento teórico progressivamente menor. como o momento teórico representa a grandeza de entrada da curva ponderada, será reduzido desta maneira o valor de correção da massa de combustível e, portanto, também a massa teórica de combustível. [007] isto resulta no cálculo de um grau de eficácia maior, com o que será aumentado o momento de limitação -lda. se o momento teórico continuar sendo limitado pela função -lda, resultará o momento teórico maior. desta forma, aumentará novamente o valor de correção da massa de combustível e, por conseguinte, a massa teórica de combustível, etc. ao todo, isto resulta em um momento teórico oscilante e, portanto, em um circuito regulador de rotações instável. [008] baseado neste fundamento, é proposto um método de acordo com a reivindicação 1, em conjunto com as características da reivindicação 7. as modalidades resultaram das reivindicações dependentes e da descrição. [009] no método, o momento teórico será calculado a partir de uma grandeza de entrada, por exemplo, uma posição do pedal do acelerador ou de rotações teóricas, a partir de uma grande de entrada que representa a potência desejada, sendo que o momento teórico é limitado por uma limitação dependente da pressão de carga, e uma correção da massa do combustível será dinamicamente desacoplada do cálculo da limitação dependente da pressão de carga. [0010] para o desacoplamento dinâmico poderá ser usado um componente de retardo. este pode ser, por exemplo, um filtro. um desacoplamento dinâmico também poderá ser conseguido quando para a curva do peso for escolhido um traçado de curva plano ou horizontal. [0011] em uma outra modalidade está previsto que ao invés de um momento teórico, é usado um regulador de rotações-i-parcela como grandeza de entrada e uma curva ponderada. [0012] uma correção da massa de combustível poderá também ser dinamicamente desacoplada do cálculo da limitação dependente da pressão de carga, por ser dinamicamente desacoplado um cálculo de um grau de eficácia do cálculo do momento de limitação -lda. [0013] também é apresentado um conjunto para a realização do método descrito. [0014] portanto, está previsto no método que uma correção da massa de combustível seja desacoplada do cálculo da limitação dependente da pressão de carga. [0015] de acordo com a invenção é lograda uma instabilização do circuito regulador de rotações por ser dinamicamente desacoplado o cálculo do grau de eficácia do cálculo do momento de limitação -lda. para tanto, o grau de eficácia poderá ser filtrado, por exemplo, com o auxílio de um filtro pt1. a constante temporal deste filtro poderá ser ajustada por um parâmetro. [0016] o método apresentado - pelo menos em algumas das modalidades - apresenta consideráveis vantagens. pelo desacoplamento dinâmico da correção da massa de combustível do cálculo da limitação dependente da pressão de carga do momento teórico, a chamada limitação -lda, é viabilizado uma ação mais estabilizada da limitação -lda. desta maneira, serão evitadas instabilidades. [0017] outras vantagens e modalidades da invenção constam na descrição e nos desenhos anexos. [0018] compreende-se que as características acima mencionadas e que posteriormente ainda serão explicadas podem ser usadas não somente na respectiva combinação indicada, porém, também em outras combinações ou isoladamente sem abandonar o contexto da presente invenção. figura 1 apresenta em um gráfico um comportamento instável de um motor de combustão. figura 2 apresenta o cálculo da limitação -lda. figura 3 apresenta o cálculo da massa de combustível padrão. figura 4 apresenta o cálculo da massa de combustível padrão corrigida. figura 5 apresenta uma correção da massa de combustível da dependência do comportamento da massa de ar. figura 6 apresenta outra correção da massa de combustível na dependência da relação da massa de ar. figura 7 apresenta outro cálculo da limitação -lda. figura 8 apresenta o cálculo da relação da massa de ar. figura 9 mostra em um diagrama de fluxo o cálculo do momento teórico -lda. figura 10 apresenta valores para a curva ponderada bidimensional. figura 11 apresenta valores para o campo característico tridimensional da correção de massa de combustível dependente da massa de ar. [0019] a invenção é esquematicamente representada nos desenhos de formas de realização e será em seguida detalhadamente descrita com referência aos desenhos. [0020] a figura 1 mostra em um gráfico instabilidade aceleração. uma primeira curva 20 mostra o percurso da quantidade teórica de injeção, uma segunda curva 22 mostra o percurso das rotações teóricas, uma terceira curva 24 mostra a limitação -lda, uma quarta curva 26 mostra o percurso das rotações reais do motor, uma quinta curva 28 mostra o percurso do momento máximo, ou seja, do momento teórico, uma sexta curva 30 mostra o valor de correção da massa de combustível dependente da relação da massa de ar e uma sétima curva 34 mostra o valor de correção da massa de combustível dependente da correção do início da injeção. [0021] a figura 1 apresenta, portanto, o comportamento instável de um motor de combustão na aceleração. a instabilidade apresenta-se precisamente quando o momento teórico ficar idêntico com a limitação dependente da pressão de carga, ou seja, a curva -lda. em seguida, se apresentam oscilações fortes do momento teórico, do momento teórico máximo e da limitação -lda. estas grandezas são idênticas porque o momento teórico é limitado pela curva -lda e, portanto, o momento teórico máximo. como o momento teórico oscila, são produzidas fortes oscilações na quantidade teórica de injeção. [0022] a figura 1 mostra que especialmente também o valor de correção da massa de combustível, dependente da relação da massa de ar, apresenta fortes oscilações. [0023] a figura 2 apresenta o cálculo da limitação -lda. a partir da temperatura do ar de carga 50, do volume de cilindro 52 e da pressão de ar de carga 54, será calculada a atual massa de ar 56. a partir desta massa de ar 56 e das rotações teóricas do motor 58 será calculada a massa de combustível -lda 60 através de um campo característico -lda 62. [0024] a massa de combustível -lda 60 será recalculada por multiplicação com o grau de eficácia 64 para o momento -lda 66. no caso, o grau de eficácia 64 será calculado como quociente do momento teórico 68 e da massa de combustível padrão 70 corrigida. [0025] a figuras 3 e 4 mostram como é calculada a massa de combustível padrão corrigida. [0026] o momento teórico 100 como grandeza de saída do regulador de rotações ou resultante da posição do pedal do acelerador será inicialmente somada com o momento de fricção 102. o momento de fricção representa a grandeza de saída, multiplicada com o número de cilindros, de um campo característico tridimensional. as grandezas de entrada deste campo característico são as rotações reais do motor e uma temperatura virtual. esta temperatura virtual será calculada a partir de duas temperaturas, por exemplo, a temperatura da água de refrigeração e a temperatura do óleo. a grandeza de saída do campo característico é o momento de fricção do motor referido a um cilindro. como soma do momento teórico 100 e do momento de fricção 102, resulta o momento teórico 104 corrigido. a partir deste momento teórico corrigido, e das rotações reais do motor 106, através do campo característico do grau de ação 108, será determinada a massa de combustível 110 normalizada. no caso, com a desativação do cilindro ativado ou com o ajuste de motor modificado, poderá ser usado um campo característico do grau de ação separado. [0027] a massa de combustível 110 normalizada será em seguida corrigida na dependência da relação da massa de ar 114. outras correções, por exemplo, na dependência de uma correção de início de injeção 116, da temperatura do ar ambiente 118 e da temperatura do combustível 120 resultam finalmente na massa de combustível normalizada corrigida 124 que será usada no cálculo da limitação -lda para determinação do grau de eficácia. [0028] o cálculo da massa de combustível normalizada 124 corrigida, é descrita na publicação us 7,203,589 b2. [0029] a figura 5 mostra como é corrigida a massa de combustível normalizada, na dependência da relação da massa de ar: a partir do valor de saída 200 adimensional de um campo característico predeterminável 202 com as grandezas de entrada de relação de massa de ar 204 e rotações reais do motor 206, será subtraído o valor 1. o resultado será multiplicado com o valor de saída 208 de uma curva 210 bidimensional predeterminável. esta curva ponderada 210 tem como grandeza de entrada o valor teórico 212. o resultado 214 da multiplicação será em seguida somado com o valor 1. a soma 216 resultante representará finalmente o fator de correção multiplicado da massa de combustível normalizada que será multiplicado com a massa de combustível normalizada 218. [0030] a figura 6 apresenta a correção da massa de combustível na dependência da relação da massa de ar conforme uma versão do método apresentado. [0031] a figura 7 apresenta a limitação lda da pressão ar de carga segundo uma versão do método apresentado. [0032] a figura 8 apresenta o cálculo da relação da massa de ar: [0033] a partir da temperatura do ar de carga 400, da pressão do ar de carga 402 e do volume de cilindro 404 será calculada a massa de ar atual 406. a massa de ar normalizada 408 será calculada a partir de um campo característico 410 tridimensional que depende das rotações reais do motor 412, do momento teórico 414 e do estado de comutação de carga 416. a relação da massa de ar 420 será calculada como quociente da massa de ar atual 406 e da massa de ar normalizada 408. [0034] o cálculo da relação da massa de ar é descrito na publicação us 7,536,995 b2. [0035] no caso de uma falta de ar, este quociente adimensional será inferior a um. no caso de um excesso de ar, este quociente será maior do que um. [0036] as instabilidades mostradas na figura 1 podem ser explicadas da seguinte maneira, baseado no exemplo da correção da massa de combustível, dependente da relação da massa de ar: [0037] são apresentadas nas figuras 10 e 11 valores exemplificados para a curva ponderada bidimensional e para o campo característico tridimensional da correção da massa de combustível na dependência da relação da massa de ar: [0038] se o momento teórico for inferior a 14000 nm então o fator ponderado é idêntico a zero, de maneira que a massa de combustível não será corrigida. [0039] se o momento teórico for superior a 16000 nm, então o fator ponderado será idêntico a 1. se a massa de combustível será corrigida depende no caso do campo característico tridimensional, mostrado na figura 11. se a relação da massa de ar for superior 1.0, todos os valores do campo característico serão idênticos 1.0, isto é, a massa de combustível não será corrigida. em todos em outros casos, se os valores característicos forem superiores a 1.0, sendo que a massa de combustível será corrigida, isso é, aumentada em processo de multiplicação. se a relação da massa do ar cair - por exemplo, em virtude de uma comutação de carga - para o valar de 0,65 e as rotações reais do motor simultaneamente caírem para 1400 1/min, então a massa de combustível será corrigida em 14% em sentido ascendente. [0040] se o momento teórico for superior a 14000 nm e menor do que 16000 nm, o fator ponderador se modificará do valor 0 para o valor 1. nesta área de transição, começa a atuar a correção da massa de combustível, dependente da relação da massa de ar, e esta ação será tanto mais forte quanto maior for o momento teórico. se em virtude de uma aplicação de carga se registrar uma redução nas rotações reais do motor, o regulador de rotações, aumentará o momento teórico. se este for superior a 14000 nm, a massa de combustível será corrigida em sentido crescente, porque simultaneamente se verifica uma redução da relação de massa de ar. uma massa maior de combustível produz - correspondendo a figura 1 - um grau de eficácia menor e, portanto, uma diminuição do momento -lda. se o momento teórico for limitado pelo momento -lda, então com o momento -lda também se verificará uma redução do momento teórico. isto, por sua vez, faz com que será reduzida a correção da massa de combustível, dependente da massa de ar. desta maneira, aumenta o grau de ação e o momento -lda será aumentado. como o momento teórico é limitado pelo momento -lda, será aumentado também o momento teórico. com isto, a correção da massa de combustível, dependente da massa de ar, será novamente aumentada, com o que o grau de eficácia será novamente reduzido. [0041] surge, portanto, uma oscilação do momento -lda, do momento teórico, do valor de correção dependente da massa de ar e por conseguinte também da massa de combustível. este efeito se apresentará tanto mais intenso quanto mais íngreme for a transição do valor 0 para o valor 1 no fator ponderado, isto é, quanto mais estreitas e adjacentes se encontrarem os pontos de apoio dos momento teóricos na curva ponderada pertencentes a esses valores. [0042] a instabilidade descrita poderá da mesma maneira, ser originada pela correção da massa de combustível, na dependência de uma correção do início da injeção. [0043] a instabilidade deverá ser evitada pela invenção. modalidades da invenção são mostradas nas figuras 6 e 7. [0044] o método apresentado se destaca pelo fato de que a correção da massa de combustível será dinamicamente desacoplada do cálculo do momento -lda. [0045] a figura 6 mostra como isto pode se realizado na correção da massa de combustível, na dependência da relação da massa de ar. componentes idênticos como na figura 5 possuem os idênticos números de referência: - pela filtragem do valor de correção, por exemplo, com o auxílio de um filtro pt1 230. - sendo que no lugar do momento teórico 212 na figura 5, será usado o regulador de rotações -i-parcela 234 como grandeza de entrada 236 da curva ponderada 210. - sendo filtrado o valor de correção e sendo usado adicionalmente no lugar do momento teórico, o regulador de rotações -i-parcela como grandeza de entrada da curva ponderada. [0046] a figura 7 apresenta outra modalidade da invenção. são aplicados números de referência como na figura 2 e será feita a referência a estas versões para a figura 2. em caráter adicional está previsto um filtro -pt1 75. verifica-se, portanto, uma filtragem do grau de eficácia, por exemplo por um filtro pt1. [0047] pela filtragem, as correções da massa de combustível serão temporalmente retardadas. isto não apresenta na prática um problema, porque as correções são antes de mais nada necessárias em sentido estático, sendo também determinadas. isto quer dizer que uma correção da massa de combustível na dependência da relação da massa de ar deverá especialmente ser feita quando se altera a massa de ar, por exemplo, pela alteração da pressão atmosférica do ar. [0048] outra modalidade da invenção, é caracterizada pelo traçado da curva ponderada da correção-massa combustível. se esta curva apresentar um valor constante, por exemplo, o valor 1, ou um percurso plano, também será alcançado uma estabilização da limitação -lda. [0049] a figura 9 apresenta um plano de sequenciamento de programa para o cálculo do momento teórico -lda correspondendo a figura 7. inicialmente, no passo s1 serão calculadas as rotações reais do motor. em seguida, no passo s2, será calculado o momento teórico. no passo s3, será determinada a massa de combustível normalizada corrigida. a partir da temperatura do ar de carga, da pressão do ar de carga e do volume do cilindro será calculado no passo s4 a massa do ar. desta maneira, no passo s5, poderá ser determinado a massa de combustível -lda a partir do campo característico -lda. [0050] no passo s6 será agora calculado o grau de eficácia do momento teórico e da massa de combustível normalizada corrigida. no passo s7, será filtrado o grau de eficácia com o auxílio de um filtro pt1. o grau de eficácia filtrado, será multiplicado no passo s8 com a massa de combustível -lda. [0051] o resultado do passo s8 é finalmente o momento teórico -lda. em seguida, se verificará a continuação com o passo s1. reivindicações 1. método para operar um motor de combustão, caracterizado pelo fato de que o momento teórico é calculado a partir de uma grandeza de entrada que representa a potência desejada, sendo que o momento teórico é limitado por uma limitação dependente da pressão de carga, sendo que uma correção da massa de combustível será dinamicamente desacoplada do cálculo da limitação dependente da pressão de carga. 2. método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é usado um componente de retardo para o desacoplamento dinâmico. 3. método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que é usado um filtro para o desacoplamento dinâmico. 4. método, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ao invés de um momento teórico é usado um regulador de rotações -i-parcela como grandeza de entrada de uma curva ponderada. 5. método, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma curva ponderada será predeterminada com percurso plano ou constante. 6. método, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que para a estabilização de um circuito regulador de rotações, um cálculo de um grau de ação será dinamicamente desacoplado do cálculo do momento limitador -lda. 7. conjunto para operar um motor de combustão, caracterizado pelo fato de ser especialmente para a realização de um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, configurado para calcular o momento teórico a partir de uma grandeza de entrada, representativa do desejo de potência, sendo o momento teórico limitado por uma limitação dependente da pressão de carga e o desacoplamento dinâmico de uma correção da massa de combustível do cálculo da limitação dependente da pressão. 8. conjunto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que abrange um filtro para o desacoplamento dinâmico. resumo patente de invenção: "matente de invenção: a o desacoplamento ". a invenção refere-se a um método e um conjunto para operar um motor de combustão. no método, o momento teórico é calculado a partir de uma grandeza de entrada que representa a potência desejada, sendo que o momento teórico é limitado por uma limitação dependente da pressão de carga, sendo que uma correção da massa de combustível será dinamicamente desacoplada do cálculo da limitação dependente da pressão de carga. 2/11 2/2 1/2 2/2 1/1