[0001 ] A presente invenção refere-se a um método de controle de temperatura de combustível injetado em motores de combustão que permite a redução da quantidade de combustível injetado em motores que podem ser propelidos tanto com gasolina pura quanto com etanol ou qualquer mistura bicombustível através do controle preciso da quantidade de calor fornecida ao combustível de acordo com a carga dinâmica do motor.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Nos últimos anos, problemas com a quantidades de poluentes emitidos (HC, CO, CO2 e particulados) principalmente pelos motores dos carros, tem sido um grande problema para as grandes cidades. Dessa forma, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para auxiliar na redução de poluentes emitidos pelos motores de combustão interna.

[0003] A fim de mitigar a emissão de gases de efeito estufa dos automóveis e reduzir a dependência de combustíveis fósseis, várias alternativas para a substituição do motor de combustão interna estão disponíveis. No entanto, a melhor solução para esse dilema deve levar em consideração as características geográficas e socioeconômicas do país, sua matriz energética, sua legislação de emissões e o impacto ambiental das emissões de carbono do combustível durante todo o seu ciclo de vida.

[0004] O Brasil tem uma forte reputação por sua frota de veículos bicombustíveis, longa experiência no uso de etanol combustível e sua rede de distribuição. Isso o diferencia de outros mercados globais e justifica uma abordagem única para a redução de emissões de aldeídos, por exemplo.

[0005] No entanto, observam-se algumas limitações no uso de motores bicombustíveis (popularmente conhecidos como motores “flex”). Para atender à demanda de utilização de dois combustíveis em um único tanque, o dimensionamento de um motor flex tende a ser intermediária, uma vez que o dimensionamento de motores monocombustíveis é diferente, dependendo do combustível etanol ou gasolina. Isso se dá porque a grande maioria dos motores bicombustíveis costumam apresentar uma única razão de compressão geométrica, que representa a proporção entre o volume aspirado somado ao volume da câmara de combustão em relação ao volume da câmara de combustão).

[0006] Em seu curso, o pistão atinge um ponto mais alto e outro mais baixo em seu deslocamento, chamados respectivamente de ponto morto superior (PMS) e ponto morto inferior (PMI).

[0007] Usualmente, o funcionamento do motor de um veículo de passeio possui quatro tempos:

• Admissão

• Compressão

• Combustão

• Escape

[0008] O efeito da taxa de compressão evidencia-se no segundo tempo - as válvulas de admissão se fecham após a injeção da mistura ar/combustível e esta é comprimida para que o processo de combustão tenha início. Dessa forma, obtém-se a razão de compressão geométrica do motor: a razão entre o volume da câmara de combustão do pistão em seu ponto morto inferior PMI (maior volume) e seu ponto morto superior PMS (menor volume).

[0009] Motores à gasolina costumam usar razões de compressão menores (normalmente entre 8:1 e 12:1 ), enquanto os motores movidos a etanol funcionam melhor com razões mais altas (12:1 ou até 14:1 ).

[0010] No entanto, antes do combustível chegar à câmara de combustão, ele percorre um caminho a partir do tanque do veículo. Esse combustível é movimentado por uma bomba de combustível e flui por dentro de dutos que transportam o combustível - primeiramente, uma mangueira e, posteriormente, um duto mais rígido e ramificado chamado galeria. As ramificações levam o combustível a ser injetado aos respectivos cilindros e é na saída dessas ramificações aonde estão posicionados os injetores de combustível.

[0011 ] Quando se fala em motores que empregam o ciclo Otto (motores tradicionalmente utilizados nos automóveis), tanto os que utilizam Port Fuel Injection (PFI) como os que funcionam com injeção direta (Dl - do inglês, Direct Injection) emitem particulados acima dos limites permitidos. Dessa forma, a utilização de um filtro de partícula para motores à gasolina (cuja sigla é GPF, pois vem do inglês Gasoline Particulate Filter) tem sido recomendada para atender às novas legislações de emissões de partículas que entraram em vigor.

[0012] No entanto, mesmo com a utilização do GPF, os motores ainda podem gerar particulados acima dos limites determinados pelos órgãos oficiais de saúde, uma vez que as emissões de poluentes dependem, também, do comportamento dos motoristas quanto à forma como dirigem e da manutenção adequada dos veículos.

[0013] Além disso, o impingimento de combustível na superfície do pistão ou nas paredes dos dutos de admissão podem contribuir para o aumento de partículas emitidas. Além disso, a condensação de combustível em zonas frias do motor pode resultar em combustões incompletas gerando hidrocarbonetos e monóxido de carbono (HC e CO).

[0014] Isto posto, uma das técnicas mais eficazes de se obter uma queima mais correta do combustível é entregá-lo à câmara de combustão previamente aquecido. No entanto, entende-se que uma característica que essas técnicas devem possuir é a capacidade de administrar a quantidade de calor utilizada para aquecer o combustível para que haja a redução do consumo de energia elétrica da bateria para a conversão em calor a ser transferido para o combustível.

[0015] Nesse sentido, já são conhecidas algumas soluções, tal como a descrita no documento de patente PI 0902488-3. Esse documento descreve um aquecedor de combustível fornecido para motores de combustão interna dotado de um dispositivo para determinar a temperatura e pressão de combustível, ajustar a temperatura-alvo de combustível de acordo com a pressão do combustível detectada por um sensor de pressão e um dispositivo de controle de temperatura de combustível que controla o aquecedor de combustível, de modo a ajustar a temperatura detectada por um sensor para a temperatura-alvo do combustível. [0016] No entanto, na invenção descrita nesse documento de patente é obrigatório o uso de um sensor de pressão de combustível, fazendo com que a temperatura-alvo seja ajustada de acordo com a pressão de combustível medida. Além disso, a técnica descrita nesse documento não menciona a necessidade de se saber a temperatura a montante do aquecedor, o que torna o cálculo de potência necessária para aquecer o combustível ainda menos preciso, não atingindo satisfatoriamente o requisito de se obter a redução na emissão de gases poluentes.

[0017] Outra técnica relacionada ao presente problema é descrita do documento de Patente WO2017/221036. Em linhas gerais, esta invenção descreve um veículo que reduziu os volumes de injeção de combustível devido ao aquecimento de combustível. Mais detalhadamente, esse documento descreve um veículo com um motor de combustão interna dotado de pelo menos um aquecedor para aquecer o combustível antes de ser entregue ao cilindro pelo injetor de combustível; uma bomba de combustível para fornecer combustível ao aquecedor, e um controlador eletrônico para controlar o torque do motor e a pressão de combustível gerada pela bomba, sendo que o controlador do motor utiliza um modelamento baseado no aquecimento do combustível aquecido do motor para controlar uma quantidade de combustível aquecido fornecida pelo injetor de combustível, de modo a reduzir a quantidade de combustível injetado para um dado torque do motor em relação ao combustível não aquecido; e causar uma maior pressão de combustível a ser gerada pela bomba de combustível em relação ao combustível não aquecido.

[0018] A técnica revelada no documento de Patente WO2017/221039 descreve um sistema no qual é realizado o controle da quantidade de combustível injetada no motor e aumento da pressão de combustível baseado em um modelamento do aquecimento de combustível em relação ao modelo não aquecido. Ou seja, emprega uma lógica bem complicada, que utiliza dois métodos de controle de injeção.

[0019] Neste cenário, entende ser fundamental o controle da temperatura de acordo com a carga dinâmica de funcionamento do motor para que não seja provido um aquecimento que demande uma energia excessiva e desnecessária para aquecimento do combustível, sendo então empregada apenas a quantidade adequada de calor para aquecimento do combustível antes de ser injetado e nenhum dos documentos de patente acima mencionados revela uma técnica que prevê um método de gerenciamento de temperatura de combustível de acordo com a dinâmica de funcionamento do motor do veículo, quando este se encontra em movimento.

[0020] Dessa forma, a presente invenção se propõe a solucionar essa ausência de técnica de aquecimento dinâmico de combustível de uma forma simplificada e eficiente.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0021] A presente invenção tem como objetivo prover um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna aplicável ao referido sistema, que leva em consideração a medição da vazão de combustível a ser injetado e um ou mais dados dinâmicos do nível de exigência do motor em um instante atual imediato, proporcionando acurácia na transformação de energia elétrica em calor pelo controle da temperatura de aquecimento do combustível e, consequentemente, uma grande precisão na redução de gases poluentes, sem deterioração do balanço energético do veículo (bateria).

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0022] Visando solucionar o problema técnico apresentado e superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção tem como objetivo prover um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna a partir de uma mistura de um fluxo de ar e combustível aplicável a um veículo, os ditos motores dotados de

• pelo menos uma linha para transporte de combustível que conduz uma quantidade de pelo menos um combustível para ser injetado;

• pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível dotado de uma câmara de aquecimento; • pelo menos um dispositivo de controle de aquecimento de combustível associado a um dispositivo eletrônico de controle e associado a pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível; sendo o dito método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de

• efetuar a leitura de pelo menos um parâmetro do veículo e um valor de vazão de combustível injetado em um primeiro instante;

• efetuar a leitura de pelo menos um parâmetro do veículo e um valor de vazão de combustível injetado em um instante atual posterior ao primeiro instante;

• determinar o gradiente de vazão de combustível no instante atual;

• determinar uma quantidade de energia necessária para o combustível atingir um valor de temperatura-alvo do combustível no instante atual, de acordo com o gradiente de vazão de combustível no instante atual;

• executar uma ação entre fornecer e retirar a quantidade de energia necessária para o combustível injetado atingir a temperatura-alvo;

• executar a mistura do fluxo de ar e combustível;

• checar a temperatura do combustível aquecido em relação à temperatura-alvo atual;

• executar uma ação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1 - Esquema de uma concretização do sistema de aquecimento de combustível.

Figura 2 - Diagrama do método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0023] O sistema de aquecimento de combustível e gerenciamento do aquecimento é responsável por aquecer o combustível que será injetado no motor até uma temperatura predeterminada. O aquecimento do combustível tem como objetivo melhorar a atomização do spray do combustível injetado, reduzindo seu tamanho de gotas, o que significa melhor preparação da mistura ar-combustível, levando a uma mistura mais homogênea, o que acarretará na diminuição da quantidade de combustível injetada e diminuindo, assim, a quantidade de gases e particulados emitidos.

[0024] O funcionamento do sistema de aquecimento se dá desde a partida do motor. O gerenciamento do sistema tem como objetivo manter a temperatura do combustível injetado sempre na temperatura-alvo. Para isso o sistema determina a quantidade de energia que deve ser fornecida ao combustível, baseado na temperatura de entrada do combustível na galeria, na vazão de combustível e no tipo de combustível.

[0025] Dessa forma, a presente invenção descreve um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna a partir de uma mistura de um fluxo de ar e combustível aplicável a um veículo, os ditos motores dotados de

• pelo menos uma linha para transporte de combustível 11 que conduz uma quantidade de pelo menos um combustível para ser injetado;

• pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível 13 dotado de uma câmara de aquecimento;

• pelo menos um dispositivo de controle de aquecimento de combustível 3 associado a um dispositivo eletrônico de controle 2 e associado a pelo menos um dispositivo aquecedor de combustível 13; sendo que o dito método compreende as etapas de

• efetuar a leitura de pelo menos um parâmetro do veículo 10 e um valor de vazão de combustível injetado em um primeiro instante;

• efetuar a leitura de pelo menos um parâmetro do veículo 10 e um valor de vazão de combustível injetado em um instante atual posterior ao primeiro instante;

• determinar o gradiente de vazão de combustível no instante atual;

• determinar uma quantidade de energia necessária para o combustível atingir um valor de temperatura-alvo do combustível no instante atual, de acordo com o gradiente de vazão de combustível no instante atual;

• executar uma ação entre fornecer e retirar a quantidade de energia necessária para o combustível injetado atingir a temperatura-alvo;

• executar a mistura do fluxo de ar e combustível; • checar a temperatura do combustível aquecido em relação à temperatura-alvo atual;

• executar uma ação.

[0026] Como essa invenção é aplicável a motores que já possuem sistemas que aquecem o combustível que é injetado. Dessa forma, para viabilizar a presente invenção e alcançar os objetivos propostos, é fundamental que se tenha conhecimento do gradiente de vazão de combustível.

[0027] O gradiente de vazão é a quantidade de combustível a mais ou a menos que o motor 1 deverá demandar para executar uma determinada atividade dentro do percurso que está sendo percorrido naquele instante. Por exemplo, a quantidade a mais de combustível que o motor 1 demandará para vencer um aclive ou uma rampa, na realização de uma ultrapassagem, ou a redução na demanda de combustível para descer uma ladeira ou um declive. [0028] A determinação da quantidade de energia necessária para o combustível atingir um valor de temperatura-alvo do combustível no instante atual, de acordo com o gradiente de vazão de combustível no instante atual deve ser efetuada por uma unidade de controle processamento de parâmetro do veículo 10, que é responsável preferencial pela inteligência do motor 1 como um todo. Essa unidade de controle 3 pode compreender tanto a ECU (Eletronic Control Unit - responsável por gerenciar eletronicamente todo o funcionamento do motor) já presente no veículo, como ainda pode compreender uma unidade exclusiva e dedicada 2 apenas ao sistema de aquecimento de combustível.

[0029] Entende-se como um parâmetro do veículo a ser considerado nesse método qualquer dado ou sinal captado por qualquer sensor, microcontrolador (ou outro dispositivo) referente à carga ou demanda ao qual o motor 1 está sendo submetido enquanto o condutor está dirigindo.

[0030] O método que descreve a presente invenção apresenta um efeito técnico novo e inovador pelo fato do dispositivo aquecedor 13 receber a informação relacionada à quantidade de energia a ser aplicada no combustível em relação ao gradiente de combustível e executar essa ação de fornecer ou retirar esse diferencial de energia, conforme a carga dinâmica do motor naquele instante, antes que o motor 1 tenha recebido a massa de ar referente ao gradiente de combustível e realizado a mistura ar-combustível, responsável pela explosão.

[0031 ] Dessa forma, a presente invenção descreve em uma de suas concretizações um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, onde o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro enviado a partir de pelo menos um dispositivo associado a um dispositivo para controle de fluxo de ar. Esse dispositivo compreende, preferencialmente, um throttle body (também conhecido como “corpo de borboleta”), responsável por controlar o fluxo de ar (massa de ar) e/ou pressão para ser utilizado durante a injeção do combustível, ocasionando a explosão que movimenta o motor 1.

[0032] Sendo assim, a presente invenção contempla um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, de modo que o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro de fluxo de ar. Esse parâmetro pode compreender um ou mais sinais que detectam a massa de ar que está sendo admitida pelo throttle body.

[0033] Em uma concretização alternativa, a presente invenção revela um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, onde o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro enviado a partir de um dispositivo que executa a aceleração do veículo. De forma preferencial, esse dispositivo compreende um pedal de acelerador, alavanca ou qualquer outro meio onde o motorista informe ao motor 1 a necessidade de se acelerar, desacelerar ou manter a velocidade do veículo constante.

[0034] Também de modo alternativo, a presente invenção descreve um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, de modo que o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro de aceleração do veículo. Esse parâmetro pode ser coletado a partir de um sensor de aceleração (acelerômetro ou G-sensor) instalado em algum ponto do veículo. [0035] A presente invenção também descreve um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, de modo que o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro de velocidade do veículo, já disponível.

[0036] Em mais uma concretização alternativa, a invenção descreve um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, de forma que o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro enviado a partir de pelo menos um dispositivo associado ao movimento de guinada. Também a presente invenção contempla um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, de modo que o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro enviado a partir de pelo menos um dispositivo associado ao movimento de arfagem.

[0037] Esses dispositivos responsáveis por detecção de guinada (direção, curva) e arfagem (subida e descida) compreendem, preferencialmente, sensores que podem ser instalados separadamente no veículo e podem operar individualmente ou de forma combinada, de modo a trazer maior precisão quanto à carga dinâmica do motor 1 , transferindo a mínima energia elétrica necessária para aquecer o combustível, de acordo com a temperatura-alvo preestabelecida.

[0038] Além disso, a presente invenção contempla um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, de modo que o parâmetro do veículo 10 compreende pelo menos um parâmetro enviado a partir de pelo menos um dispositivo associado à posição global do veículo. Esse dispositivo compreende, preferencialmente, um GPS (Global Positioning System ou Sistema de Posicionamento Global), capaz de identificar a localização exata do veículo e saber se está em uma região de aclive ou declive.

[0039] Em mais uma concretização alternativa, a presente invenção revela um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna, onde a etapa de executar uma ação compreende uma ação entre permanecer fornecendo energia, permanecer retirando energia e interromper o fornecimento de energia.

[0040] Todos os dispositivos acima listados para efetuar a captura e leitura de pelo menos um parâmetro do veículo 10 podem ser montados e empregados individualmente, ou ainda podem ser instalados de forma combinada dois a dois ou de forma múltipla, não sendo prevista a limitação na quantidade individual e nem nas possíveis combinações entre eles, sempre como objetivo de transferir a mínima energia elétrica necessária para aquecer o combustível, de acordo com a temperatura-alvo preestabelecida.

[0041 ] Dessa forma, cumpre-se notar que, conforme descritivo acima, a presente invenção atinge o objetivo de prover um método de gerenciamento de temperatura de combustível injetado em motores de combustão interna aplicável ao referido sistema, que leva em consideração a medição da vazão de combustível a ser injetado e um ou mais dados dinâmicos do nível de exigência do motor em um instante atual imediato, proporcionando acurácia na transformação de energia elétrica em calor pelo controle da temperatura de aquecimento do combustível e, consequentemente, uma grande precisão na redução de gases poluentes, sem deterioração do balanço energético do veículo (bateria).

[0042] Assim sendo, a presente invenção também cumpre o papel de viabilizar o aumento da potência extraída do motor associada com menor consumo de combustível e consequente redução de gases poluentes por parte dos motores.