BRPI0904954B1

BRPI0904954B1 - Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel

Info

Publication number: BRPI0904954B1
Application number: BRPI0904954-1A
Authority: BR
Inventors: Kazunari Ide; Satoshi Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2019-05-21
Also published as: CN101965447B; EP2412957B1; KR20100068428A; EP2196656A4; EP2412957A2; WO2009136562A1; RU2432481C1; BRPI0904954A2; JP4981743B2; EP2196656B1; US20100211295A1; CN101965447A; JP2009270518A; EP2196656A1; US9008951B2; EP2412957A3; KR101185756B1

Abstract

unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel esta invenção objetiva fornecer uma unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel, com a qual garante-se que a compatibilidade entre o desempenho do gás de exaustão e o desempenho da resposta da velocidade do motor seja alcançada por um simples controle, com uma consideração do oxigênio residual no gás egr. uma unidade de controle para controlar um motor a diesel, o motor tendo um sistema egr que retorna uma parte do gás de exaustão do motor para o interior de um sistema de admissão de ar do motor, em que a unidade de controle inclui: um dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada lâmbida s (47), que é uma seção aritmética para computar uma razão de ar em excesso estimada lâmbida s a partir da quantidade de combustível injetada pela válvula de injeção de combustível (31) no cilindro (3), da vazão de admissão de ar medida pelo fluxímetro de ar (35) e da vazão do oxigênio residual no gás egr que retorna para o interior do sistema de admissão de ar; e um dispositivo de controle da admissão de combustível (33) ou (51), que controla a vazão de combustível mediante aceleração pesada, com base na razão de ar em excesso estimada lâmbida s, que é computada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada lâmbida s.

Description

(57) Resumo: UNIDADE DE CONTROLE DE ADMISSÃO DE COMBUSTÍVEL PARA CONTROLAR UM MOTOR A DIESEL Esta invenção objetiva fornecer uma unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel, com a qual garante-se que a compatibilidade entre o desempenho do gás de exaustão e o desempenho da resposta da velocidade do motor seja alcançada por um simples controle, com uma consideração do oxigênio residual no gás EGR. Uma unidade de controle para controlar um motor a diesel, o motor tendo um sistema EGR que retorna uma parte do gás de exaustão do motor para o interior de um sistema de admissão de ar do motor, em que a unidade de controle inclui: um dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada lâmbida s (47), que é uma seção aritmética para computar uma razão de ar em excesso estimada lâmbida s a partir da quantidade de combustível injetada pela válvula de injeção de combustível (31) no cilindro (3), da vazão de admissão de ar medida pelo fluxímetro de ar (35) e da vazão do oxigênio residual no gás EGR que retorna para o interior do sistema de admissão de ar; e um dispositivo de controle da admissão de combustível (33) ou (...).

	UNIDADE DE CONTROLE DE ADMISSÃO DE COMBUSTÍVEL PARA CONTROLAR UM MOTOR A DIESEL Campo Técnico A presente invenção diz respeito a uma unidade de controle de admissão de com-
5	bustível, para controlar um motor a diesel que é fornecido com um sistema EGR (Recirculação de Gás de Exaustão), pelo qual uma parte do gás de exaustão é retornada como gás EGR para um sistema de admissão de ar do motor a diesel. Antecedentes da Invenção O método EGR (Recirculação de Gás de Exaustão) é conhecido como uma tecno-
10	logia que é usada para reduzir NO_X (óxido de nitrogênio) problemático no gás de exaustão emitido por um motor a diesel. Por outro lado, quando óTriétodoTGR for aplicado, a quantidade de um ar fresco (uma vazão de admissão de ar fresco) inalado pelo motor diminui relativamente, o que tende a proporcionar uma atmosfera desprovida de O₂ (desprovida de oxigênio) em uma câmara de combustão do motor quando o motor for rapidamente acelerado
15	ou uma abertura de admissão de combustível do motor aumentar rapidamente.
c	A fim de superar a dificuldade supramencionada, aumentar a quantidade de admissão de ar fresco pela restrição da vazão do gás EGR parece ser uma contramedida possível. Entretanto, já que a velocidade da resposta do controle em relação a um sistema EGR é menor, controlar a vazão do gás EGR não é suficiente e, assim, é necessário fornecer uma
20	contramedida para um controle do sistema de injeção de combustível, que tem uma maior velocidade de resposta do controle. Entretanto, deve-se considerar que o controle da admissão de combustível (abertura do acelerador), independente do controle de carga do motor ou do controle de velocidade do motor, pode atrapalhar a estabilidade da velocidade do motor. Em outras palavras, ga-
25	rantir a compatibilidade entre o desempenho do gás de exaustão e o desempenho da resposta da velocidade do motor é um pré-requisito técnico. Por exemplo, uma referência de patente 1 (JP1999-36962) divulga um método de controle de admissão de combustível pelo qual a quantidade de fumaça do gás de exaustão de um motor a diesel, produzida quando acelerado, não excede uma densidade alvo. No
30	método de referência 1, uma máxima quantidade da massa de combustível em relação à vazão de admissão de ar fresco e à velocidade de rotação do motor, de acordo com a qual a fumaça do gás de exaustão não é produzido, é ajustada em antecipação como um mapa, e com a máxima quantidade da massa de combustível determinada com base na vazão de admissão de ar fresco detectada e na velocidade de rotação do motor detectada, a produ-
35	ção da fumaça do gás de exaustão é controlada. Adicionalmente, uma patente de referência 2 (JP1997-151761) divulga um controle de recozimento por injeção no qual a vazão de combustível aumenta gradualmente com um

incremento constante por um incremento constante, enquanto uma abertura da válvula EGR é controlada, de forma que a fumaça do gás de exaustão, em função da lenta resposta do sistema EGR, não seja produzida durante a aceleração do motor e o desempenho da aceleração do motor seja mantido satisfatório.

Entretanto, na tecnologia da patente de referência 1, muitas horas-homem são exigidas para criar o supramencionado mapa que prescreve uma máxima quantidade da massa de combustível; por outro lado, na tecnologia de controle da patente de referência 2, não há consideração ao O₂ (oxigênio) residual no gás EGR que retorna para o interior da câmara de combustão (ou o sistema de admissão de ar do motor) a partir do sistema de exaustão do motor, embora o O₂ residual (ou o ar residual que não é «sado na queima de combustível) que não foi consumido no curso de combustão antertür do motor tenha um efeito essencial na produção de fumaça no próximo curso de combustão.

Divulgação da Invenção

Em vista das tecnologias convencionais expostas e das soluções previstas destas, a presente divulgação objetiva fornecer uma unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel, com a qual garante-se a compatibilidade entre o desempenho do gás de exaustão (desempenho da temperatura de exaustão não excessiva, menor emissão de fumaça, menor emissão de NO_X e assim por diante) e o desempenho da resposta da velocidade do motor seja alcançada por um simples controle com uma consideração do oxigênio residual no gás EGR.

A fim de alcançar os objetivos expostos, a presente especificação divulga:

uma unidade de controle de admissão de combustível, para controlar um motor a diesel, o motor tendo um sistema EGR que retorna uma parte do gás de exaustão do motor para o interior de um sistema de admissão de ar do motor, a unidade de controle de admissão de combustível compreendendo:

um dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s, que é uma seção aritmética para computar uma razão de ar em excesso estimada A_s a partir de uma quantidade de combustível injetada por uma válvula de injeção de combustível em um cilindro, de uma vazão de admissão de ar medida por um ar fluxímetro e de uma vazão de oxigênio residual no gás EGR que reflui para o sistema de admissão de ar; e um dispositivo de controle da admissão de combustível, que controla uma vazão de combustível sob uma rápida aceleração com base na razão de ar em excesso estimada A_s, que é computada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s.

De acordo com a invenção, tal como exposto, o dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s calcula a razão de ar em excesso estimada A_s pelo uso da quantidade do combustível injetada pela válvula de injeção de combustível no cilindro, da vazão de admissão de ar medida pelo fluxímetro de ar e da vazão do ar residual (o ar não consumido) no gás EGR que retoma para o interior do sistema de admissão de ar; assim, a razão de ar em excesso estimada Â_s é calculada em consideração do oxigênio residual (o oxigênio que não é usado para a combustão no cilindro e retorna para o interior da passagem de admissão de ar) que tem um impacto na emissão de fumaça do motor.

Adicionalmente, já que a abertura do acelerador (a admissão de combustível) é controlada com base na razão de ar em excesso estimada A_S1 o controle pode ser desempenhado de forma que a razão de oxigênio no ar ou gás do cilindro possa ser refletida no controle. Assim, mesmo quando uma aceleração pesada (um rápido aumento da abertura do acelerador) for desempenhada durante a operação do sistema EGR, a emissão de fumaça, a emissão de NO_X e a deterioração da resposta-da velocidade do motor em função da escassez de oxigênio na câmara de combustãtrpodem ser restritas.

Além do mais, é preferível que o dispositivo de controle da admissão de combustível da presente invenção seja fornecido com um dispositivo controlador da abertura do acelerador, pelo qual uma taxa de mudança de abertura do acelerador é limitada menor ou igual a um valor pré-determinado quando a razão de ar em excesso estimada À_s computada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada À_s for menor ou igual a um nível prescrito.

De acordo com a invenção exposta, quando a razão de ar em excesso estimada A_sexistir em uma faixa menor ou igual a um valor constante, o dispositivo controlador da abertura do acelerador limita a taxa de mudança de abertura do acelerador, de forma que a taxa de mudança não exceda um nível de limitação; assim, mesmo quando uma aceleração pesada (um rápido aumento da abertura do acelerador) for desempenhada durante a operação do sistema EGR, a deterioração da emissão de fumaça em função da escassez de oxigênio na câmara de combustão, a deterioração da emissão de NO_X e a deterioração da resposta da velocidade do motor podem ser restritas.

De acordo com um exemplo preferível do aspecto exposto, o dispositivo controlador da abertura do acelerador usa uma tabela pré-determinada que prescreve a relação entre a razão de ar em excesso estimada A_s &-a máxima taxa de mudança de abertura do acelerador.

De acordo com o exemplo exposto, o limite máximo permissível da taxa de mudança de abertura do acelerador pode ser facilmente ajustado pelo arranjo da tabela de relação pré-determinada que prescreve a relação entre a razão de ar em excesso estimada Ã_s e a máxima abertura permissível do acelerador. Portanto, a relação de substitutibilidade entre a emissão de fumaça e a resposta da velocidade do motor pode ser facilmente ajustada.

De acordo com um aspecto preferível da presente invenção, o dispositivo de controle da admissão de combustível é fornecido com um dispositivo controlador da abertura do acelerador, pelo qual a abertura do acelerador é controlada, de forma que a razão de ar em excesso estimada À_s, computada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada Ã_s, acompanhe uma razão de ar em excesso À_m alvo que é pré-programada ou prescrita.

De acordo com o aspecto exposto, a unidade de controle é fornecida com o dispositivo controlador da abertura do acelerador, de acordo com o qual a abertura do acelerador é corrigida (emendado em um sistema de realimentação), de forma que a razão de ar em excesso À_m prescrita alvo seja acompanhada pela razão de ar em excesso estimada Ã_s, que é calculada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada À_s; assim, um controle mais fino da taxa de mudança da abertura de aceleração é desempenhado na segunda modalidade do que na primeira modalidade; desta maneira, a razão de ar em excesso estimada Â_s é precis^mentertTontrolada, de forma que o conteúdo de ar ou oxigênio no gás EGR seja levado em consideração, de acordo com o que, o conteúdo de ar ou oxigênio tem uma influência direta no nível de emissão de fumaça. Em decorrência disto, a emissão de fumaça do motor pode ser restrita.

Além do mais, em um estado transitório durante a aceleração, a válvula EGR é fechada com o propósito tanto de redução da fumaça quanto de melhoria da resposta; no fechamento da válvula, a condição do ar ou gás no coletor de entrada varia, de forma que a temperatura da combustão e o nível da emissão de NO_X aumentem. Esta dificuldade pode ser resolvida pela invenção exposta, já que a razão de ar em excesso estimada À_s pode ser precisamente controlada, a válvula EGR pode ser moderadamente (não rapidamente) fechada e a razão de ar em excesso estimada À_s pode ser controlada através de uma rápida resposta do controle da injeção de combustível (o controle da admissão de combustível). Portanto, restrição de fumaça, juntamente com redução do NO_X, pode ser alcançada.

De acordo com um aspecto preferível da presente invenção, a vazão de combustível é controlada em uma condição em que a taxa de mudança de abertura do acelerador excede um nível prescrito sob a rápida aceleração, bem como sob uma condição em que a taxa de mudança de abertura do acelerador não é menor que um outro nível prescrito.

De acordo com o aspecto exposto, o motor pode ser sem a limitação de combustível extensível a todos (a limitação indiscriminada) durante uma operação em alta carga, em que a razão de ar em excesso a baixa.

De acordo com um aspecto preferível da presente invenção, a unidade de controle de admissão de combustível compreende:

como um substituto do dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada À_s, um medidor de concentração de oxigênio que detecta a concentração de oxigênio de uma passagem de admissão de ar no lado à jusante da posição em que uma passagem EGR se une à passagem de admissão de ar, e a vazão de combustível sob rápida aceleração é controlada com base na concen tração de oxigênio detectada pelo medidor de concentração de oxigênio.

De acordo com o aspecto exposto, a concentração de oxigênio no gás que inclui o ar de admissão e o gás EGR é diretamente detectada por meio do medidor de concentração de oxigênio, que é instalado no coletor de entrada, que é uma passagem de ar ou gás no lado à jusante da confluência da passagem EGR e da passagem de admissão de ar; o controle da injeção de combustível (o controle da admissão de combustível) é desempenhado de forma que a concentração de oxigênio detectada seja refletida no controle; assim, o controle da injeção de combustível pode ser simplificado em comparação com a maneira supradescrita na qual a pressão e a temperatura do gás de admissão são detectadas, de forma que a razão de ar em excesso estimada A_s seja calculada através da fórmula predeterminada. ”

Além do mais, a redução da concentração de oxigênio é diretamente avaliada, de acordo com o que, a redução ocasiona a emissão de fumaça do motor; assim, o controle da injeção de combustível, que reflete a redução da concentração de oxigênio, pode restringir seguramente a emissão de fumaça.

Como exposto, a presente invenção pode fornecer uma unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel, de acordo com o qual, o controle é simples; mesmo o oxigênio residual no gás EGR é levado em consideração; o desempenho do gás de exaustão é compatível com o desempenho da resposta da velocidade do motor.

Descrição Resumida dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama de configuração que mostra toda a configuração de uma unidade de controle de combustível para um motor a diesel de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

A figura 2 é um fluxograma de controle da unidade de controle de acordo com a primeira modalidade.

A figura 3 é um diagrama que mostra a máxima taxa de mudança de abertura do acelerador a ser limitada em relação aos valores limites em relação à razão de ar em excesso estimada.

As figuras 4 (a) a (e) são curvas características que mostram conceitualmente um fluxo de controle de acordo com a primeira modalidade.

A figura 5 é um diagrama de configuração que mostra a configuração de acordo com a segunda modalidade da presente invenção.

A figura 6 é um diagrama de blocos que mostra a configuração da unidade de controle de acordo com a segunda modalidade;

A figura 7 é um fluxograma de controle para a unidade de controle de acordo com a segunda modalidade.

As figuras 8 (a) a (d) são diagramas explicativos que explicam um resultado do teste de verificação da primeira modalidade.

A figura 9 é um diagrama de configuração que mostra a configuração de acordo com a terceira modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

A seguir, a presente invenção será descrita com detalhes em conjunto com as modalidades mostradas nos desenhos. Entretanto, as dimensões, materiais, forma, a colocação relativa e assim por diante de um componente descrito nestas modalidades não devem ser interpretadas como limitantes do escopo da invenção, a menos que menção especialmente específica seja-feita.

Ά figurcH é um diagrama de configuração que mostra toda a configuração de uma unidade de controle de combustível para um motor a diesel de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. Da forma representada na figura 1, um motor a diesel 1 de um ciclo de quatro cursos é fornecido com um pistão 5, que desempenha um movimento alternado em um cilindro 3, de forma que a periferia externa do pistão 5 deslize na parede interna do cilindro 3, e um virabrequim (não mostrado), conectado no pistão 5 por meio de uma haste de conexão 7, através da qual o movimento alternado do pistão 5 é convertido em um movimento rotativo.

No motor 1, uma câmara de combustão 9 é formada sobre a superfície de topo do pistão 5 e na superfície interna do cilindro 3; uma passagem de admissão de ar 13 é conectada na câmara de combustão 9 por meio de um orifício de admissão de ar que é aberto e fechado por uma válvula de admissão 15. Adicionalmente, uma passagem de gás de exaustão 19 é conectada na câmara de combustão 9 por meio de um orifício de gás de exaustão que é aberto e fechado por uma válvula de exaustão 21.

Em um caminho dividido da passagem de gás de exaustão 19, uma passagem EGR (Recirculação de Gás de Exaustão) 23 é ramificada para mesclar com a passagem de admissão de ar 13 no lado à jusante de uma válvula afogadora de admissão de ar 29. Na passagem- EGR 23, é fornecido um resfriador EGR 25, que resfria o fluxo contínuo de gás EGR na passagem EGR 23 e, no lado à jusante do resfriador EGR 25, uma válvula EGR 27 também é fornecida para regular a vazão do gás EGR.

A abertura da válvula afogadora de admissão de ar 29 é controlada para regular a vazão do ar de admissão inalado no interior da câmara de combustão 9. No caso de motores a diesel, a abertura da válvula afogadora de admissão de ar 29 é operada na direção que fecha a válvula afogadora de admissão de ar 29 quando um controle EGR for desempenhado, mas, usualmente, a válvula afogadora 29 é mantida em sua condição completamente aberta, a e razão de ar em excesso é controlada pela vazão de combustível.

Uma válvula de injeção de combustível 31 é instalada em cada cilindro do motor 1, para injetar combustível pressurizado por uma bomba de injeção de combustível (não mostrada) no interior da câmara de combustão 9, e a quantidade de combustível por disparo e o sincronismo de injeção são controlados por uma unidade de controle (um dispositivo de controle da admissão de combustível) 33. A unidade de controle 33 também controla o sincronismo da injeção de combustível, de forma que o combustível seja injetado em um ponto no tempo pré-determinado; no geral, o sincronismo de injeção pode ser variavelmente controlado.

Um fluxímetro de ar 35, que mede a vazão do admissão de ar fresco que é inalado no interior da câmara de combustão 9, é instalado em um caminho dividido da passagem de admissão de-ar 13, à montante da válvula afogadora de ar 29; a partir do fluxímetro de ar A5, sináfè em relação à vazão do ar fresco são inseridos na unidade de controle 33. Similarmente, um fluxímetro de gás EGR 37, que mede a vazão (volume) do gás EGR que flui continuamente para o interior da passagem de admissão de ar 13 a partir da passagem de gás EGR 23, é instalado em um caminho dividido da passagem de gás EGR 23, à montante da válvula EGR 27; a partir do fluxímetro de gás EGR 37, os sinais em relação à vazão do gás EGR são inseridos na unidade de controle 33.

Adicionalmente, o motor é fornecido com um sensor de pressão do coletor de entrada 39, que detecta a pressão em um coletor de entrada do motor, e um sensor de temperatura do coletor de entrada 41, que detecta a temperatura no coletor de entrada; a partir dos sensores 39 e 41, sinais de pressão e sinais de temperatura são inseridos na unidade de controle 33.

Adicionalmente, sinais de um sensor de velocidade do motor 43, que detecta a velocidade do motor, e de um sensor do acelerador 45, que detecta a quantidade progressiva no acelerador ou a quantidade de operação das rodas do acelerador, etc., são inseridos na unidade de controle 33.

A seguir, a unidade de controle 33 é explicada. A unidade de controle 33 de acordo com a primeira modalidade compreende um dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s 47, que é uma seção aritmética para computar uma razão de ar em excesso estimada λ no cilindro 3 a partir da quantidade de combustível injetada pela válvula de injeção de combustível 31 no cilindro 3, da vazão de admissão de ar medida pelo fluxímetro de ar 35 e da vazão do oxigênio residual no gás EGR que reflui para a passagem de admissão de ar 13.

Adicionalmente, a unidade de controle 33 compreende um dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada À_s 49, que é uma seção aritmética para avaliar se a razão de ar em excesso estimada Â_s, que é computada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada À_s 47, é menor ou igual a um valor limite ou não, e, quando o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada À_s 49 avaliar que a razão de ar em excesso estimada À_s está menor ou igual ao valor limite, um dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 fornecido na unidade de controle 33 limita a taxa de mudança de abertura do acelerador abaixo de um valor pré-determinado.

Em conjunto com o fluxograma da figura 2, um procedimento de controle para limi5 tar a abertura do acelerador na unidade de controle 33 é agora explicado.

Depois que um processo de limitação da abertura do acelerador for iniciado na Etapa S1, um sinal de abertura do acelerador é lido na unidade 33, na Etapa S2. O sinal de abertura do acelerador muda em uma base horária, da forma representada na parte (a) da figura 4, deste modo, o sinal de abertura do acelerador começa a partir de uma abertura 10 inGipiente fixa até subir com uma inclinação. Na próxima etapa S3, valores limites H1 e H2 em relação às taxas de mudança da abertura do acelerador são lidos a fim de determinar se a abertura do acelerador deve ser limitada ou não. Se a taxa de mudança de abertura do acelerador for maior ou igual ao valor H1, então, a limitação é mantida em uma condição ATIVA (limitação ATIVA) e, se a taxa de mudança for igual ou menor que H2, a limitação é 15 mantida em uma condição INATIVA (limitação INATIVA). Por meio disto, uma condição H1 > H2 é ajustada de forma que um comportamento instável da abertura do acelerador ou da taxa de mudança desta possa ser impedido. Pelo presente, comportamento instável significa um fenômeno de variação periódica do valor limite.

Na Etapa S4, a taxa de mudança de abertura do acelerador é calculada com base 20 nos sinais de abertura do acelerador que foram lidos na Etapa S2. A taxa de mudança de abertura do acelerador corresponde à inclinação (o gradiente) da curva de abertura do acelerador (linha) representada na parte (a) da figura 4; esta taxa de mudança é obtida como uma curva tal como representada na parte (b) da figura 4. Entretanto, pelo presente, percebe-se que a parte (b) não é um exemplo como um diferencial da função da parte (a); a sa25 ber, as partes (a) e (b) são somente os exemplos para explicar os termos.

Na Etapa S5, com base nos valores limites H1 e H2, a unidade de controle 33 determina se a abertura do acelerador deve ser limitada ou não. Mais especificamente, quando a taxa de mudança de abertura do acelerador for maior ou igual ao valor H1, a unidade de controle 33 determina que a limitação deve ser efetiva. Por outro lado, quando a taxa de 30 mudança de abertura do acelerador ficar menor ou igual ao valor H2, então, a unidade de controle 33 determina que a limitação deve ser não efetiva; desta maneira, é ajustado um indicador efetivo ou um indicador não efetivo. Na parte (c) da figura 4, é mostrado um exemplo do indicador efetivo na forma de uma projeção em degrau retangular.

Desta maneira, somente quando a taxa de mudança de abertura do acelerador for maior ou igual a um valor constante, a limitação da abertura do acelerador é desempenhada. Portanto, o motor pode ficar sem a limitação de combustível extensível a todos (o limitação indiscriminada) mesmo durante uma operação em alta carga, em que a razão de ar em excesso é baixa.

Na Etapa S6, a razão de ar em excesso estimada A_s é calculada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s 47, pelo uso das seguintes fórmulas (1) e(2):

egra ^G« + ^Gf ⁺ (2) de acordo com a qual,

G _a.é uma vazão da massa de ar de admissão;

G _{eg r} é um vazão da massa de gás EGR;

G_egra é um vazão da massa de ar na vazão do gás EGR;

G_f é uma quantidade da massa de combustível injetada em um disparo;

L_th é uma razão ar-combustível teórica; e _ (n - 1) é um índice que diz respeito à etapa de cálculo anterior em relação ao ciclo de amostragem de dados anterior.

A vazão da massa de ar de admissão G_a na fórmula (1) é calculada pelo uso de um sinal detectado a partir do fluxímetro de ar 35; a vazão da massa de gás EGR G _{eg r} é calculada através de computações numéricas com base na vazão do gás EGR detectada pelo fluxímetro de gás EGR 37 ou em uma medição da queda de pressão do gás EGR através do resfriador EGR 25. Pelo presente, percebe-se que a unidade para a medição da queda de pressão não é mostrada nos desenhos anexos.

A vazão da massa de ar G_egra na vazão do gás EGR é estimada pelo uso do resultado do cálculo obtido na etapa anterior em relação às amostragens de dados anteriores, usando a fórmula (2). Aqui, o resultado do cálculo significa um resultado da razão de ar em excesso estimada A_s.

Na Etapa S7, o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s 49 faz um julgamento se a razão de ar em excesso estimada A_s calculada é menor ou igual a um valor limite K em relação à razão de ar em excesso estimada, ou não. Em um caso em que a razão de ar em excesso estimada A_s for menor ou igual ao valor limite K, é realizada a Etapa 8, na qual a máxima taxa de mudança de abertura do acelerador a ser limitada é calculada em resposta à razão de ar em excesso estimada A_s. Pelo presente, percebe-se que o valor limite K mencionado é uma variável correspondente à razão de ar em excesso estimada A_s em vez de um valor constante; assim, a máxima taxa de mudança de abertura do acelerador a ser limitada, calculada na etapa S8, é pré-determinada em função da razão de ar em excesso estimada À_s ou em função da variável K. Na próxima etapa S9, a máxima taxa de mudança de abertura do acelerador a ser limitada, calculada na etapa S8, é limitada em um valor limite (função) P mostrado na figura 3. Adicionalmente, na Etapa S10, os valores limites máximos permissíveis em resposta à razão À_s ou as variáveis K são memorizados, de forma que os valores limites máximos permissíveis sejam usados como sinais de controle (comando). Então, uma sequência de etapas no processo de limitação da abertura do acelerador finaliza na Etapa 11.

O processo de limitação da máxima taxa de mudança de abertura do acelerador nas etapas S9 e S10 é realizado pelo dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 da unidade de controle 33.

Da forma mostrada na parte (d) da figura 4, à medida que o nível de admissão de combustível fica excessivo e o motor fica propenso a emitir fumaça quando a razão de ar em excesso estimada Â_s ficar menor ou igual a um valor limite K, a máxima taxa de mudança de abertura do acelerador diminui para ficar em um valor limite P, da forma mostrada na parte (e) da figura 4.

Além do mais, a variável limite K em relação à razão de ar em excesso estimada À_se o valor limite (função) P em relação à máxima taxa de mudança de abertura do acelerador são pré-determinados na forma de uma tabela que pode ser representada em uma figura, tal como a figura 3.

Da forma representada na função da tabela da figura 3, à medida que a variável limite K em relação à razão de ar em excesso estimada À_s diminui de 1,7 para 1,5 (a saber, à medida que a quantidade de combustível aumenta em comparação com a vazão de admissão de ar), o valor limite P, como um limite permissível em relação à máxima taxa de mudança de abertura do acelerador, fica fortemente confinado em um nível menor do P; adicionalmente, quando a variável limite K ficar menor ou igual a 1,5, o valor limite P é ajustado em um valor constante, por exemplo, 10 % de um valor permissível máximo (100 %).

Da forma supradescrita, o valor limite K mencionado em relação à razão de ar em excesso estimada é uma variável correspondente à razão de ar em excesso estimada À_s, e a variável é relacionada a um valor limite P em relação à taxa de mudança de abertura do acelerador; assim, o valor limite P é facilmente ajustado em relação ao valor limite K em relação à razão de ar em excesso estimada pelo ajuste da tabela. Portanto, a relação de substitutibilidade entre a emissão de fumaça e a resposta da velocidade do motor pode ser facilmente ajustada.

Já que o nível de emissão de fumaça do motor pode ser controlado por somente um parâmetro, a saber, a razão de ar em excesso estimada A_s, a lógica de controle fica mais simplificada e o ajuste de controle pode ser simplificado em comparação com o caso em que uma pluralidade de parâmetros de controle é introduzida.

Como exposto, de acordo com a primeira modalidade, o dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s 47 calcula a razão de ar em excesso estimada À_s no cilindro 3 pelo uso das seguintes quantidades: a quantidade de combustível injetada no cilindro 3, a vazão de admissão de ar alimentada no cilindro 3 através da passagem de admissão de ar 13, e a vazão do ar residual no gás EGR retornado na passagem de admissão de ar 13; assim, a razão de ar em excesso estimada À_s é calculada em consideração do oxigênio residual (o oxigênio que não é usado para a combustão no cilindro e retorna para o interior da passagem de admissão de ar), que tem um impacto na emissão de fumaça do motor.

Adicionalmente, já que a abertura do acelerador (a admissão de combustível) é controlada com base na razão de ar em excesso estimada λ₈, o controle pode ser desempenhado de forma que a razão de oxigênio no ar ou gás do cilindro possa ser refletida no controle. Além do mais, quando a razão de ar em excesso estimada À_s existir em uma faixa menor ou igual a um valor constante, o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 limita a taxa de mudança de abertura do acelerador, de forma que a taxa de mudança não exceda um nivel de limitação; assim, mesmo quando uma aceleração pesada (um rápido aumento da abertura do acelerador) for desempenhada durante a operação do sistema EGR, a emissão de fumaça, a emissão de NO_X e a deterioração da resposta da velocidade do motor em função da escassez de oxigênio na câmara de combustão 9 podem ser restritas.

A linha pontilhada R na parte (a) da figura 4 mostra o local da abertura do acelerador depois que a limitação for desempenhada. Quando o indicador efetivo for ajustado (no estado ATIVADO), a taxa de mudança de abertura do acelerador é limitada, de forma que a taxa de mudança não exceda o valor limite P, então, a taxa de mudança fica suave, e a fumaça emitida em função da escassez de oxigênio na câmara de combustão 9 pode ser restrita, ο ΝΟχ emitido pode ser reduzido e a deterioração da resposta da velocidade do motor pode ser restrita.

Além do mais, a figura 8, que compreende quatro partes (a) até (d), explica um resultado do teste de verificação de efeito da primeira modalidade. Na parte (a), a abertura do acelerador é alterada para ser limitada na linha cheia; da forma representada pela linha cheia na parte (b), a quantidade de injeção de combustível por disparo (isto é, a vazão de combustível) é restrita; entretanto, da forma representada pela linha cheia na parte (c), a razão de ar em excesso estimada Â_s muda ou aumenta ligeiramente. Em decorrência disto, confirma-se que a emissão de fumaça pode ser reduzida da forma representada pela linha cheia na parte (d).

A seguir, em consulta com as figuras 5 a 7, a segunda modalidade é agora explicada. A configuração da segunda modalidade é similar àquela da primeira modalidade; assim, é dado ao elemento da segunda modalidade que é equivalente ao elemento da primeira modalidade um número comum, e a explicação do elemento comum é omitida.

Na primeira modalidade, o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s 49 faz um julgamento se a razão de ar em excesso estimada A_s calculada é reduzida ou não, e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 desempenha uma limitação de controle em relação à taxa de mudança de abertura do acelerador; por outro lado, na segunda modalidade, o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s49 é substituído por um dispositivo de cálculo da razão de ar em excesso alvo A_m 52, e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 é substituído por um dispositivo controlador da abertura do acelerador 54. Em outras palavras, a unidade de controle 33 da primeira modalidade compreende o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s 49 e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50, enquanto que a unidade de controle 51 da segunda modalidade compreende o dispositivo de cálculo da razão de ar em excesso alvo A_m 52 e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 54, da forma mostrada nas figuras 5 e 6. Exceto pela diferença deste ponto, a configuração da segunda modalidade é a mesma da primeira modalidade.

Na figura 6, é mostrado um diagrama de blocos da unidade de controle 51 da segunda modalidade; no dispositivo de cálculo da razão de ar em excesso alvo A_m 52, um mapa da razão de ar em excesso alvo A_m em função da velocidade do motor e da quantidade de injeção de combustível alvo por disparo (isto é, a vazão de combustível) é prescrito. Pelo presente, no uso deste mapa, o argumento da velocidade do motor e ό argumento da quantidade de injeção de combustível são ajustados com base nos sinais detectados pelo sensor de velocidade do motor 43 e pelo sensor do acelerador 45, respectivamente. No mapa da razão de ar em excesso alvo A_m como uma função a ser prescrita, um resultado ideal (tal como obtido pelos experimentos em antecipação) pode ser incorporado, de acordo com o que, o termo ideal diz respeito a uma condição ideal em consideração à relação de substitutibilidade entre a emissão de NO_X e a emissão de fumaça, em todas as condições de operação possíveis do motor.

No dispositivo controlador da abertura do acelerador 54 (na figura 5), um controle de realimentação é desempenhado de forma que a razão de ar em excesso estimada A_s, que é calculada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s 47, acompanhe a razão de ar em excesso alvo A_m; a saber, a razão A_s acompanha a razão A_mpara coincidir com a razão A_m.

Em consulta com o fluxograma da figura 7, o mecanismo da unidade de controle 51 é agora explicado.

Primeiramente, na Etapa S21, uma ação corretiva da abertura do acelerador é iniciada; na Etapa S22, um sinal da abertura do acelerador é lido a partir do sensor do acele13 rador 45; na Etapa S23, um sinal da velocidade do motor e um sinal da abertura do acelerador são lidos pelo dispositivo de cálculo da razão de ar em excesso alvo À_m 52; e na Etapa S24, uma razão de ar em excesso alvo À_m é calculada por meio do mapa da razão de ar em excesso alvo À_m.

Em segundo lugar, na Etapa S25, a razão de ar em excesso estimada À_s é calculada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada À_s 47. O cálculo é desempenhado pelo uso das fórmulas (1) e (2), da mesma maneira que na primeira modalidade. A partir da razão de ar em excesso estimada À_s, a razão de ar em excesso alvo À_m é subtraída em um adicionador-subtrator 56 da figura 6, e o resultado da operação aritmética é inserido em um controlador Pl 58 com uma função de compensação anticonclusão; no controlador Pl 58, a etapa S26, a saber, a computação do controle Pl é desempenhada. Depois da Etapa S26, é realizada a Etapa S27 (procedimento A), na qual a seleção de um valor mínimo é desempenhada por um seletor de valor mínimo 60, mostrado na figura 6, pela comparação da abertura do acelerador e da saída da computação do controle Pl.

No procedimento B, a saber, nas Etapas S28 até S30, estima-se se a taxa de mudança de abertura do acelerador for maior ou igual a um valor limite pré-determinado ou não, como é o caso nas etapas S3 até S5 da primeira modalidade. Então, seguem as etapas do processo corretivo (tais como a Etapa S32 e/ou S33). Na Etapa S31, se a taxa de mudança de abertura do acelerador for maior ou igual ao valor limite pré-determinado, e a limitação da entrada de combustível (a limitação da abertura do acelerador) for considerada como efetiva, então, a Etapa S31 é seguida pela Etapa S32, na qual a saída dò processo A (a etapa S27) é ajustada como um valor de correção da abertura do acelerador; a saber, a saída Mi do seletor de valor mínimo 60 da figura 6 é inserida em um elemento de saturação 62 (um elemento 62 com saturação).

Por outro lado, na Etapa S31, se a limitação da entrada de combustível (a limitação da abertura do acelerador) for considerada como não efetiva, então, a Etapa S31 é seguida pela Etapa S33, na qual a própria abertura do acelerador é ajustada como um valor de correção da abertura do acelerador; a saber, o próprio sinal da abertura do acelerador Ac da figura 6 é inserido no elemento de saturação 62 para ser ajustado como um valor de correção da abertura do acelerador.

Na Etapa S34, que segue as Etapas S32 ou S33, o sinal é inserido no elemento de saturação 62, através do qual o sinal de entrada é saturado; a saber, no elemento 62, o sinal de entrada é convertido em um sinal, de forma que o sinal de saída não passe através dos limites, mesmo quando o sinal de entrada aumentar ou diminuir além de certos limites. Assim, o sinal de saída, como um valor de correção da abertura do acelerador, cai em uma faixa de 0 % até 100 %. Adicionalmente, na Etapa S35, o sinal corrigido da abertura do acelerador é memorizado para ser usado por um sinal de controle (comando). Assim, uma se quência de etapas do fluxograma (figura 7) finaliza na Etapa S36.

De acordo com a segunda modalidade supradescrita, já que a abertura do acelerador (a admissão de combustível) é controlada com base na razão de ar em excesso estimada A_s, o controle, com o qual a razão de oxigênio no ar ou gás do cilindro é precisamente refletida no controle, pode ser desempenhado, como é o caso na primeira modalidade.

Adicionalmente, a unidade de controle é fornecida com o dispositivo controlador da abertura do acelerador 54, de acordo com o qual, a abertura do acelerador é corrigida de forma que a razão de ar em excesso alvo prescrita A_m seja acompanhada pela razão de ar em excesso estimada A_s, que é calculada pelo dispositivo de computação da razão de ar em excesso estimada A_s 47; assim, um controle mais fino da taxa de mudança da abertura de aceleração é desempenhado na segunda modalidade do que na primeira modalidade^esta ** maneira, a razão de ar em excesso estimada A_s é precisamente controlada, de forma que o conteúdo de ar ou oxigênio no gás EGR seja levado em consideração, dê acordo com o que, o conteúdo de ar ou oxigênio tem uma influência direta no nível de emissão de fumaça. Em decorrência disto, a emissão de fumaça do motor pode ser restrita.

Em um estado transitório durante a aceleração, a válvula EGR 27 é fechada com o propósito tanto de redução da fumaça quanto de melhoria da resposta. Entretanto, pelo fechamento da válvula 27, a condição de ar ou gás no coletor de entrada varia, fazendo com que a temperatura da combustão e o nível da emissão de NO_X aumentem rapidamente. Esta dificuldade pode ser resolvida pela segunda modalidade, já que a razão de ar em excesso estimada A_s pode ser precisamente controlada, a válvula EGR 27 pode ser moderadamente (não rapidamente) fechada, e a razão de ar em excesso estimada A_s pode ser controlada através de uma rápida resposta do controle da injeção de combustível (o controle da admissão de combustível). Portanto, a restrição de fumaça, juntamente com a redução de NO_X, pode ser alcançada.

Em consulta com a figura 9, a terceira modalidade é agora explicada. A configuração da terceira modalidade é similar àquela da primeira modalidade; assim, é dado ao elemento da terceira modalidade que for equivalente ao elemento da primeira modalidade-um número comum, e a explicação do elemento comum é omitida.

Na primeira modalidade, o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s 49 faz um julgamento se a razão de ar em excesso estimada A_s calculada é reduzida ou não, e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 desempenha uma limitação de controle em relação à taxa de mudança de abertura do acelerador; por outro lado, na terceira modalidade, o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s49 é substituído por um dispositivo de avaliação da concentração de oxigênio 73, e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50 é substituído por um dispositivo controlador da abertura do acelerador 75. Em outras palavras, a unidade de controle 33 da primeira mo dalidade compreende o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s 49 e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 50, enquanto que a unidade de controle 71 da terceira modalidade compreende o dispositivo de avaliação da concentração de oxigênio 73 e o dispositivo controlador da abertura do acelerador 75, da forma mostrada na figura 9. Exceto pela diferença deste ponto, a configuração da terceira modalidade é a mesma da primeira modalidade.

Da forma mostrada na figura 9, o motor é fornecido com um medidor de concentração de oxigênio 77 no coletor de entrada, que é uma passagem de ar ou de gás no lado à jusante da confluência da passagem EGR 23 e da passagem de admissão de ar 13; com base na medição da concentração de oxigênio, o dispositivo de avaliação da concentração de oxigênio 73 faz um julgamento se um valor da concentração de oxigêniõTletectãdo fica menor ou igual a um valor limite ou não, como é o caso na primeira modalidade, em que o dispositivo de avaliação da razão de ar em excesso estimada A_s 49 faz um julgamento se a razão de ar em excesso estimada calculada A_s é reduzida ou não; no caso em que o valor da concentração de oxigênio detectado fica menor ou igual ao valor limite, o dispositivo controladorjda abertura do acelerador 75 controla os sinais de comando da abertura do acelerador, de forma que a taxa de mudança de abertura do acelerador não exceda um valor de limitação.

De acordo com a terceira modalidade, a concentração de oxigênio no gás que inclui o ar de admissão e o gás EGR é diretamente detectada por meio do medidor de concentração de oxigênio 77. O controle da injeção de combustível (o controle da admissão de combustível), no qual a concentração de oxigênio detectada é precisamente refletida no controle, é desempenhado. Desta maneira, o controle da injeção de combustível pode ser simplificado em comparação com a supradescrita maneira, na qual a pressão e a temperatura do gás de admissão são detectadas, de forma que a razão de ar em excesso estimada A_s seja calculada através da fórmula pré-determinada.

Além do mais, já que a redução da concentração de oxigênio, que é a causa da emissão de fumaça do motor, é diretamente avaliada e, então, controlada, o controle da injeção de combustível, que reflete a redução da concentração de oxigênio, pode restringir seguramente a emissão de fumaça.

Na explicação exposta da primeira até a terceira modalidades, o sinal de comando de controle é direcionado para a abertura do acelerador; entretanto, como de costume, o sinal de comando pode ser qualquer outro sinal de comando direcionado para a quantidade de injeção de combustível (por exemplo, em alguns casos das válvulas de injeção de combustível, o índice de admissão de combustível pode ser o tempo de duração da injeção).

Aplicabilidade Industrial

De acordo com a presente invenção, pode ser fornecido um motor de ciclo de qua tro cursos com uma unidade de controle EGR, no qual o desempenho da partida do motor, tal como um rápido desempenho de partida, é melhorado podendo evitar uma significativa queda da velocidade do motor durante uma operação em velocidade estacionária.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel (1), o motor tendo um sistema EGR que retorna uma parte do gás de exaustão do motor para o interior de um sistema de admissão de ar do motor, CARACTERIZADA pelo fato de

5 que a unidade de controle de admissão de combustível compreende:

um dispositivo de computação (47) da razão de ar em excesso estimada As, que é uma seção aritmética para computar uma razão de ar em excesso estimada As a partir de uma quantidade de combustível injetado por uma válvula de injeção de combustível (31) em um cilindro (3), de uma vazão de admissão de ar medida por um fluxímetro de ar (35), e de 10 uma vazão de oxigênio residual no gás EGR que flui de volta para o sistema de admissão de ar; e um dispositivo de controle da admissão de combustível (33, 51, 71), que controla uma vazão de combustível mediante uma rápida aceleração, com base na razão de ar em excesso estimada As, que é computada pelo dispositivo de computação (47) da razão de ar 15 em excesso estimada As, em que o dito dispositivo de controle da admissão de combustível (33, 51, 71) é fornecido com um dispositivo controlador da abertura do acelerador (50), pelo qual uma taxa de mudança de abertura do acelerador é limitada menor ou igual a um valor pré-determinado quando a razão de ar em excesso estimada As computada pelo dito dispositivo de computação (47) da razão de ar em excesso estimada As for menor ou igual a um 20 nível prescrito.
2. Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispositivo controlador da abertura do acelerador (50) usa uma tabela pré-determinada que prescreve a relação entre a razão de ar em excesso estimada As e a máxima taxa de mudança de aber-

25 tura do acelerador.
3. Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispositivo de controle da admissão de combustível (51) é fornecido com um dispositivo controlador da abertura do acelerador (54), pelo qual a abertura do acelerador é controlada, de forma que a

30 razão de ar em excesso estimada As computada pelo dispositivo de computação da razão (47) de ar em excesso estimada As rastreie uma razão de ar em excesso alvo Am que é préprogramada ou prescrita.
4. Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel (1), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão de ar

35 em excesso alvo Am é pré-programada ou prescrita em consideração a uma velocidade do motor e a uma quantidade de injeção de combustível alvo em função da velocidade do motor, para restringir tanto a emissão de fumaça quanto a emissão de NOX.

Petição 870190008080, de 24/01/2019, pág. 8/9

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5. Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a vazão de combustível é controlada sob uma condição em que a taxa de mudança de abertura do acelerador excede um nível prescrito mediante a rápida aceleração, bem como sob uma condi-

5 ção em que a taxa de mudança de abertura do acelerador não é menor que um outro nível prescrito.
6. Unidade de controle de admissão de combustível para controlar um motor a diesel (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a unidade de controle de admissão de combustível (71) compreende, como um substituto do dispositivo
10 de computação da razão (47) de ar em excesso estimada As, um medidor de concentração de oxigênio (77), que detecta a concentração de oxigênio de uma passagem de admissão de ar (13) no lado à jusante da posição em que uma passagem EGR (23) se une à passagem de admissão de ar (13), e a vazão de combustível mediante rápida aceleração é controlada com base na con15 centração de oxigênio detectada pelo medidor de concentração de oxigênio (77).