ES2239081T3 - Metodo para el control de un inyector en un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Un método para el control de un inyector (2) en un motor de combustión interna (3), incluyendo el método los pasos de: * calcular un valor deseado (Tinj) del tiempo de abertura del inyector (2) para un dado ciclo del motor (3), * enviar el valor deseado (Tinj) a un dispositivo de accionamiento (12) del inyector (2), * calcular un valor real (Tinjeff) del tiempo de abertura del inyector (2) durante la fase de inyección, * comparar el valor real (Tinjeff) con el valor deseado (Tinj), y * generar posiblemente una señal de error en base al resultado de la comparación entre el valor real (Tinjeff) y el valor deseado (Tinj); caracterizándose el método porque el valor real (Tinjeff) del tiempo de abertura del inyector (2) se calcula detectando el valor de la corriente (Iinj) que pasa por un circuito de control (4) del inyector (2) y detectando una señal de control de un transistor principal (15) del dispositivo de accionamiento (12).

Description

Método para el control de un inyector en un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un método para el control de un inyector en un motor de combustión interna, y en particular para el control de un inyector de un sistema de inyección directa de gasolina, a la que la descripción siguiente hará referencia explícita sin apartarse, sin embargo, de su naturaleza general.

Recientemente se han introducido en el mercado motores de gasolina provistos de inyección directa de combustible, es decir, motores en los que la gasolina es inyectada directamente a los cilindros por inyectores apropiados, cada uno de los cuales está dispuesto normalmente en el orificio de un cilindro respectivo.

Para la operación correcta de un motor de inyección directa de gasolina, la cantidad de gasolina inyectada por cada inyector tiene que ser correcta, es decir, igual a un valor deseado calculado en el tiempo real por una unidad de control. En estos motores, el par generado depende en general directamente de la cantidad de gasolina inyectada a los cilindros; por lo tanto, si uno o varios inyectores (después de rotura o mal funcionamiento) inyecta demasiada gasolina a los cilindros, puede ser potencialmente muy peligroso para el conductor cuando el vehículo tiende a acelerar incluso cuando el conductor no ejerce presión en el pedal acelerador.

US5043984 describe un dispositivo de inspección que recibe una señal de entrada de una unidad de control; tanto la unidad de control como el dispositivo de inspección procesan los datos correspondientes. La unidad de control alimenta la salida resultante al dispositivo de inspección; el dispositivo de inspección compara sus propios datos resultantes y la salida resultante de la unidad de control para determinar si la unidad de control opera en condición normal o no.

DE3046073 describe un dispositivo de seguridad para inyector de combustible de un motor IC y que evita la corriente continua producida por fallos y desgaste de contactos. El dispositivo de seguridad tiene la entrada de un convertidor de medición conectada a un conmutador de potencia perteneciente al circuito de inyección; la salida está conectada a un comparador cuya propia salida está conectada a un interruptor de seguridad. El comparador también está conectado a la salida de un generador de señal de referencia cuya entrada está conectada a la salida del convertidor de medición o a la parte de control del circuito de inyección; una entrada está conectada a la salida del convertidor y su otra entrada está conectada mediante el conmutador de potencia a una fuente de voltaje y a al menos una válvula de solenoide.

El objeto de la presente invención es proporcionar un método para el control de un inyector en un motor de combustión interna que garantiza la correcta inyección de carburante y que, además, es simple y económico de realizar.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a un método para el control de un inyector en un motor de combustión interna según se reivindica en la reivindicación 1.

La presente invención se describirá con referencia ahora a los dibujos anexos, que muestran una realización no limitadora de la misma, en los que:

La figura 1 es una vista diagramática del dispositivo de control de la presente invención.

La figura 2 es una vista diagramática de un circuito de accionamiento del dispositivo de control de la figura 1.

La figura 3 muestra la curva de tiempo de algunas magnitudes eléctricas características del circuito de la figura 2.

La figura 4 muestra la curva de tiempo de algunas magnitudes eléctricas características del dispositivo de la figura 1;

En la figura 1 se representa en general con 1 un dispositivo para el control de cuatro inyectores 2 de tipo conocido (representados en la figura 1 como INYECTOR1, INYECTOR2, INYECTOR3, INYECTOR4) de un motor de combustión interna 3 (mostrado diagramáticamente) provisto de cuatro cilindros (no representados) dispuestos en línea. Cada inyector 2 está dispuesto en la posición del orificio de un cilindro respectivo (no representado) del motor 3 para inyectar directamente una cantidad predeterminada de gasolina a este cilindro.

Como se representa en la figura 2, cada inyector 2 es movido por corriente y está provisto de un circuito de control 4 provisto de un par de terminales 5 y 6; para accionar un inyector 2 es necesario hacer que circule una corriente eléctrica de intensidad predeterminada por el circuito de control respectivo 4. Se ha observado en pruebas experimentales que el circuito de control 4 de cada inyector 2 incluye componentes eléctricos de tipo inductivo y resistivo. El flujo de gasolina inyectada por cada inyector 2 durante su fase de apertura es sustancialmente constante y por lo tanto la cantidad de gasolina inyectada por el inyector 2 al cilindro respectivo (no representado) es directamente proporcional al tiempo de abertura de este inyector 2.

El dispositivo de control 1 es alimentado por una batería 7 del motor 3 e incluye una unidad de control 8, que está provista de un elemento de control 9, un convertidor 10 alimentado por la batería 7, un elemento de seguridad 11 y una etapa de potencia 12.

La unidad de control 9 dialoga con una unidad de control 13 (típicamente un microprocesador) del motor 3 para recibir el valor de tiempo de abertura deseado Tinj (directamente proporcional al valor deseado de la cantidad de gasolina a inyectar) y el tiempo de inicio de inyección de esta unidad de control 13 para cada inyector 2 y para cada ciclo del motor. En base a los datos recibidos de la unidad de control 13, el elemento de control 9 controla la etapa de potencia 12 que acciona cada inyector 2 haciendo que circule una corriente eléctrica predeterminada Iinj (variable con el tiempo) por el circuito de control respectivo 4 aplicando un voltaje Vinj (variable con el tiempo) a los cabezales de los terminales correspondientes 5 y 6.

La etapa de potencia 12 recibe las señales de control del elemento de control 9 y se suministra tanto directamente de la batería 7 con un voltaje Vbatt nominalmente igual a 12 voltios, como del convertidor 10 con un voltaje Vtank nominalmente igual a 80 voltios. El convertidor 10 es un convertidor cc-cc de tipo conocido que es capaz de elevar el voltaje Vbatt de la batería 7 al voltaje Vtank de 80V.

El elemento de seguridad 11 es capaz de dialogar con el elemento de control 9 y la etapa de potencia 12 para verificar, usando métodos descritos a continuación, el accionamiento correcto de los inyectores 2.

Como se representa en la figura 2, la etapa de potencia 12 incluye, para cada inyector 2, un circuito de excitación respectivo 14 que está conectado a los terminales 5 y 6 del circuito de control respectivo 4 y es controlado por el elemento de control 9 para hacer que circule una corriente eléctrica predeterminada Iinj por este circuito de control 4.

Cada circuito de excitación 14 incluye un transistor 15 controlado por el elemento de control 9 y adaptado para conectar el terminal 5 del circuito de control respectivo 4 a un terminal intermedio 16 que está conectado al voltaje Vbatt de la batería 7 mediante un diodo sin retorno 17 y está conectado al voltaje Vtank del convertidor 10 mediante un transistor 18 controlado por el elemento de control 9. Cada circuito de excitación 14 incluye además un transistor 19 controlado por el elemento de control 9 y adaptado para conectar el terminal 6 del circuito de control respectivo 4 a una tierra común 20, y dos diodos de recirculación 20 y 22 conectados respectivamente entre el terminal 5 y la tierra 20 y entre el terminal 6 y el terminal intermedio 16. Según una realización preferida representada en la figura 2, los transistores 15, 18, 19 son de tipo MOS.

Una resistencia shunt 23 provista de un terminal de medición 24 está introducida entre el transistor 19 y la tierra 20; midiendo el voltaje en los terminales de la resistencia 23 (es decir, el voltaje existente entre el terminal de medición 24 y la tierra 20) es posible medir la intensidad de la corriente Iinj cuando el transistor 19 es conductor. Según otra realización (no representada), la resistencia shunt 23 está conectada directamente al terminal 6 para medir continuamente la intensidad de la corriente Iinj. Según otra realización (no representada), la resistencia shunt 23 está conectada hacia arriba del transistor 19 en vez de hacia abajo del transistor 19 como se representa en la figura 2.

Como se representa en las figuras 2 y 3, una fase de inyección de un inyector 2 se describe más adelante con referencia especial a la curva de tiempo de la corriente Iinj que circula por los terminales 5 y 6 del circuito de control respectivo 4 y la curva de tiempo del voltaje Vinj en los cabezales de estos terminales 5 y 6.

Inicialmente, todos los transistores 15, 18 y 19 están desactivados, el circuito de control 4 está aislado, la corriente Iinj tiene un valor cero y el inyector está cerrado.

Para iniciar la fase de inyección, se hace que los transistores 15, 18 y 19 sean conductores simultáneamente, posteriormente se conecta el terminal 5 al voltaje Vtank mediante los transistores 15 y 18, el terminal 6 se conecta a la tierra 20 mediante el transistor 19 y el voltaje Vinj es igual a Vtank. En estas condiciones, la corriente Iinj aumenta rápidamente durante un tiempo T1 hasta un valor máximo Ip y el inyector 2 se abre y comienza a inyectar gasolina.

Cuando la corriente Iinj llega al valor Ip, un control de corriente (que usa la medición de la corriente Iinj realizada usando la resistencia 23) mantiene la corriente Iinj dentro de un rango de amplitud \DeltaIp centrado en un valor medio Ipm durante un tiempo T2 actuando en el control del transistor 19 que conmuta cíclicamente entre un estado conductor y un estado desactivado. Durante el estado conductor del transistor 19, el terminal 5 está conectado al voltaje Vtank mediante los transistores 15 y 18, el terminal 6 está conectado a la tierra 20 mediante el transistor 19, el voltaje Vinj es igual a Vtank y el valor de Iinj aumenta; mientras que durante el estado desactivado del transistor 19, el diodo de recirculación 22 comienza a conducir y cortocircuita los terminales 5 y 6 mediante el transistor 15, el voltaje Vinj es cero y el valor de Iinj disminuye. La intensidad de la corriente Iinj se mide solamente cuando el transistor 19 es conductor, puesto que la resistencia de medición 23 está dispuesta hacia arriba del transistor 19; sin embargo, la constante de tiempo del circuito de control 4 es conocida y constante, y por lo tanto, el elemento de control 9 es capaz de calcular cuándo llega la corriente Iinj al límite inferior (Ipm-\DeltaIp/2) y el transistor 19 se debe hacer conductor de nuevo.

Después de que la corriente Iinj ha llegado sustancialmente al valor Ip durante el tiempo T2, el elemento de control 9 hace que los transistores 15 y 19 sigan siendo conductores y desactiva el transistor 18, y por lo tanto el terminal 5 se conecta al voltaje Vbatt mediante el transistor 15 y el diodo 17, el terminal 6 se conecta a la tierra 20 mediante el transistor 19 y el voltaje Vinj es igual a Vbatt. En estas circunstancias, la corriente Iinj cae lentamente durante un tiempo predeterminado T3 a un valor IpF; en este punto, el elemento de control 9 desactiva simultáneamente los tres transistores 15, 18 y 19 y, como resultado de la corriente Iinj que no puede ser cancelada al instante, el diodo de recirculación 21 y, de manera inversa, el transistor 18 empiezan a conducir, con el resultado de que el terminal 5 se conecta a la tierra 20 mediante el diodo de recirculación 21, el terminal 6 se conecta al voltaje Vtank mediante el diodo de recirculación 22 y el transistor 18, el voltaje Vinj es igual a -Vtank y la corriente Iinj disminuye rápidamente.

Se deberá observar que el transistor 18 comienza a conducir de manera inversa como resultado de las características de la unión MOS, que tiene un diodo parásito dispuesto en paralelo con esta unión y adaptado para ser empujado de manera inversa con respecto a la unión.

Después de un tiempo T4 suficiente para cancelar sustancialmente la corriente Iinj, el elemento de control 9 pone y mantiene la corriente Iinj sustancialmente a un valor Im haciendo que el transistor 15 siga siendo conductor y actuando en el control del transistor 19 que conmuta cíclicamente entre un estado conductor y un estado desactivado. En esta situación, el transistor 19 es movido por corriente para mantener la corriente Iinj dentro de un rango de amplitud \DeltaIm centrado en Im durante un tiempo T5 según los métodos descritos anteriormente. Al final del tiempo T5, todos los transistores 15, 18 y 19 son desactivados y la corriente Iinj vuelve rápidamente a cero según los métodos descritos anteriormente.

Una vez que la corriente Iinj vuelve a cero y permanece a un valor cero durante un tiempo predeterminado, el inyector 2 se cierra y deja de inyectar gasolina. Como se muestra claramente en la figura 3, la suma de los tiempos T1, T2, T3, T4, T5 es igual al tiempo de inyección total Tinj, es decir al tiempo total durante el que el inyector 2 permanece abierto.

Se apreciará por lo anterior que durante la fase de inyección, el circuito de control 4 es atravesado por una onda de corriente que es variable con el tiempo e incluye una sección inicial (correspondiente a los intervalos de tiempo T1, T2 y T3) que es sustancialmente de un tipo de pulso y tiene una intensidad de corriente relativamente alta Iinj igual al valor máximo Ip, una sección intermedia (correspondiente al intervalo de tiempo T4) durante la que la intensidad de corriente Iinj se reduce rápidamente a valores sustancialmente cero y una sección final siguiente (correspondiente al intervalo de tiempo T5) que tiene una intensidad de corriente relativamente baja Iinj igual a un valor Im.

La sección inicial de la onda de corriente Iinj incluye una primera parte (correspondiente al intervalo de tiempo T1), en la que la intensidad de la corriente Iinj aumenta rápidamente al valor Ip, una segunda parte (correspondiente al intervalo de tiempo T2), en la que la intensidad de la corriente Iinj se mantiene sustancialmente constante e igual al valor Ip, y una tercera parte (correspondiente al intervalo de tiempo T3) en la que la intensidad de la corriente Iinj disminuye progresivamente.

La sección inicial del tipo de pulso se caracteriza por un aumento rápido de la intensidad de la corriente Iinj a valores altos y es necesario garantizar una apertura rápida del inyector 2; para abrir rápidamente el inyector 2 se necesita una fuerza grande (proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente Iinj) de manera que se pueda vencer rápidamente la inercia mecánica y el rozamiento estático y dinámico. Una vez abierto, el inyector 2 necesita una fuerza relativamente baja para permanecer abierto y por lo tanto durante la fase final la corriente Iinj se mantiene al valor relativamente bajo Im.

Durante la fase intermedia, la corriente es cancelada durante un período sumamente corto que no es suficiente para permitir que el inyector 2 se cierre de nuevo como resultado de la inercia mecánica del sistema; la corriente Iinj tiene que ser cancelada para descargar la energía acumulada durante la fase inicial en las inductancias del circuito de control 4. De esta forma, incluso cuando el tiempo T5 es sumamente bajo, es decir, cuando el tiempo total de inyección Tinj es pequeño (típicamente durante la marcha en vacío), el inyector 2 se cierra de nuevo exactamente al final del tiempo T5 y no permanece abierto durante un tiempo más largo como resultado de la energía almacenada en las inductancias durante la fase inicial.

Se apreciará por lo anterior que la corriente Iinj se mantiene sustancialmente constante (menos una tolerancia igual a \DeltaIp/2 y \DeltaIm/2) durante los intervalos de tiempo T2 y T5 usando una técnica de "recorte", es decir, aplicando un voltaje positivo (Vtank o Vbatt) y un voltaje cero cíclicamente a los cabezales del circuito de control 4 (es decir, entre los terminales 5 y 6). Esta técnica de control tiene ventajas principales puesto que hace posible mantener con suma precisión el valor de corriente deseado (Ip o Im) y al mismo tiempo reducir al mínimo las pérdidas por disipación general.

Se deberá observar que el voltaje Vbatt de la batería 7 es igual a 12V, mientras que el voltaje Vtank del convertidor 10 tiene un valor nominal preferiblemente de entre 60 y 90V; además, el valor real del voltaje Vtank del convertidor 10 puede disminuir con respecto al valor nominal inicial durante la activación de un inyector 2 como resultado del efecto de carga debido al circuito de control respectivo 4.

Cíclicamente, la unidad de control 13 pide una verificación de los tiempos de inyección reales Tinjeff de los inyectores 2 del elemento de seguridad 11, para comprobar si cada inyector 2 está inyectando exactamente (menos una cierta tolerancia obviamente) la cantidad de gasolina calculada por la unidad de control 13 en base a órdenes recibidas de un conductor y en base a las condiciones operativas del motor 3 en el cilindro respectivo (no representado). Esta comprobación es sumamente importante puesto que en motores de inyección directa de gasolina el par generado depende directamente de la cantidad de gasolina inyectada (y por lo tanto del tiempo de inyección real Tinjeff) y un accionamiento incorrecto de los inyectores 2 puede hacer que el motor 3 genere un par motor mucho más alto que el par motor deseado por el conductor, lo que obviamente sería peligroso para el conductor.

Para realizar una comprobación de conformidad con los tiempos de inyección deseados Tinj, la unidad de control 13 envía una petición al elemento de seguridad 11 junto con los valores de tiempo de inyección deseados Tinj para cada inyector 2 en el ciclo siguiente del motor; el elemento de seguridad mide posteriormente en secuencia los tiempos de inyección reales Tinjeff de todos los inyectores 2 y, una vez terminadas estas mediciones, compara cada valor de tiempo de inyección real Tinjeff con el valor de tiempo de inyección deseado respectivo Tinj previamente calculado por la unidad de control 13.

Dependiendo del resultado de la comparación entre cada valor de tiempo de inyección real Tinjeff y el valor de tiempo de inyección deseado respectivo Tinj, el elemento de control 11 decide si generar o no una señal de error. Según una realización preferida, la señal de error se genera si, para un inyector 2 al menos, la diferencia entre el valor de tiempo de inyección deseado Tinj y el valor de tiempo de inyección real Tinjeff está fuera de un rango de aceptabilidad predeterminado. Según otra realización, la señal de error se genera en base a una combinación de los resultados de las comparaciones entre los valores de tiempo de inyección real Tinjeff y los valores de tiempo de inyección deseado Tinj de todos los inyectores 2.

Según una realización preferida, el tiempo de inyección real Tinjeff de un inyector 2 se calcula detectando la intensidad de la corriente Iinj que pasa por el circuito de control respectivo 4 y detectando la señal de control del transistor respectivo 15 (como el transistor principal del circuito de excitación relativo 14). Según otra realización, el tiempo de inyección real Tinjeff de un inyector 2 se calcula detectando la intensidad de la corriente Iinj que pasa por el circuito de control respectivo 4 y detectando la señal de control de todos los transistores 15, 18 y 19 del circuito de excitación relativo 14.

La figura 4 muestra, para cada inyector 2, un ejemplo de la forma de onda de la intensidad de la corriente Iinj y de la señal de control del transistor respectivo 15 durante un ciclo de control realizado por el elemento de seguridad 11. En el momento Tstart, la unidad de control 13 envía la petición para efectuar un ciclo de control al elemento de seguridad 11; en este punto, el elemento de seguridad 11 desprecia los pulsos de inyección ya en curso (INYECTOR1 e INYECTOR4) y mide el tiempo de inyección real Tinjeff para cada inyector 2 durante los pulsos de inyección siguientes.

Claims (8)

1. Un método para el control de un inyector (2) en un motor de combustión interna (3), incluyendo el método los pasos de:

\text{*}

calcular un valor deseado (Tinj) del tiempo de abertura del inyector (2) para un dado ciclo del motor (3),

\text{*}

enviar el valor deseado (Tinj) a un dispositivo de accionamiento (12) del inyector (2),

\text{*}

calcular un valor real (Tinjeff) del tiempo de abertura del inyector (2) durante la fase de inyección,

\text{*}

comparar el valor real (Tinjeff) con el valor deseado (Tinj), y

\text{*}

generar posiblemente una señal de error en base al resultado de la comparación entre el valor real (Tinjeff) y el valor deseado (Tinj);

caracterizándose el método porque el valor real (Tinjeff) del tiempo de abertura del inyector (2) se calcula detectando el valor de la corriente (Iinj) que pasa por un circuito de control (4) del inyector (2) y detectando una señal de control de un transistor principal (15) del dispositivo de accionamiento (12).

2. Un método según se reivindica en la reivindicación 1, donde la señal de error se genera si la diferencia entre el valor deseado (Tinj) y el valor real (Tinjeff) está fuera de un rango de aceptabilidad predeterminado.

3. Un método según se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, donde los valores reales (Tinjeff) de los tiempos de apertura de todos los inyectores (2) se calculan durante las respectivas fases de inyección sucesivas, comparándose cada valor real (Tinjeff) con el valor deseado respectivo (Tinj) una vez que se han calculado los valores reales (Tinjeff) de todos los inyectores (2).

4. Un método según se reivindica en la reivindicación 3, donde la señal de error se genera en base a una combinación de los resultados de las comparaciones entre los valores reales (Tinjeff) y los valores deseados (Tinj) de todos los inyectores (2).

5. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la comparación entre el valor real (Tinjeff) y el valor deseado (Tinj) se realiza solamente durante ciclos predeterminados del motor (3).

6. Un método como se reivindica en una de las reivindicaciones anteriores, en el que los valores reales (Tinjeff) de los tiempos de apertura de todos los inyectores (2) se calculan durante las respectivas fases de inyección sucesivas, comparándose cada valor real (Tinjeff) con el valor deseado respectivo (Tinj) una vez que se han calculado los valores reales (Tinjeff) de todos los inyectores (2).

7. Un método según se reivindica en la reivindicación 6, en el que la señal de error se genera en base a una combinación de los resultados de las comparaciones entre los valores reales (Tinjeff) y los valores deseados (Tinj) de todos los inyectores (2).

8. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la comparación entre el valor real (Tinjeff) y el valor deseado (Tinj) se realiza solamente durante ciclos predeterminados del motor (3).