BR112015007244B1

BR112015007244B1 - Método para gerenciar a quantidade de combustível injetado em um motor

Info

Publication number: BR112015007244B1
Application number: BR112015007244-5A
Authority: BR
Inventors: Claude COURTIEL
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2021-10-13
Also published as: CN104685191A; FR2996601A1; US20150260121A1; US9784206B2; FR2996600A1; WO2014053243A1; FR2996600B1; BR112015007244A2; CN104685191B; FR2996601B1

Abstract

método para gerenciar a quantidade de combustível injetado em um motor. a invenção refere-se a um método para a gestão da massa de combustível injetado no cilindro de um motor de combustão interna alimentado por injeção direta. a pressão e a queda de pressão por unidade de tempo são monitoradas (13) durante a fase de arranque. se a pressão for muito baixa (7), ou se cai muito rapidamente (9), a massa de combustível injetado em cada ciclo é ajustada (15), a fim de manter uma elevada pressão do combustível no injetor (37). a invenção pode ser aplicada, por exemplo, no caso de arranque de baixa temperatura utilizando qualquer tipo de combustível, por exemplo, etanol puro ou misto.

Description

[001] A invenção refere-se à gestão da massa de combustível injetado em motores, em especial durante sua fase de arranque. Em uma principal, embora não exclusiva aplicação, a invenção refere-se a motores de combustão interna dos veículos de motor que utilizam combustíveis diferentes, por exemplo: gasolina, uma mistura etanol / gasolina, diesel ou outros gases (LPG, etc.).

[002] Os elementos constitutivos de tais motores submetem-se regularmente a modificações para levar em conta os avanços técnicos, por exemplo, injeção eletrônica ou o sistema de injeção com um trilho comum (referido como "trilho comum"), bem como os objetivos em curso de redução de peso, menor consumo de combustível, diversificação de combustível e redução de custos. Até agora, no entanto, os motores exibiram um risco elevado de não partida em baixa temperatura independentemente do combustível. Dependendo do combustível que é utilizado, é essencial que sua temperatura permaneça acima de um valor mínimo. Este valor mínimo para garantir partida é de -30°C no caso da gasolina e -5°C, no caso do etanol.

[003] Numerosas melhorias foram feitas para motores de combustão interna no âmbito da operação de velocidade constante do motor, isto é, após a fase de arranque. Um aspecto importante da operação correta desta condição de operação de velocidade constante é a quantidade de ar de combustão e de combustível que são injetados na câmara de combustão, referida quantidade sendo expressa em termos de massa. Por exemplo, o documento de patente US 2008/0288159 descreve uma melhoria na combustão por controlar a massa dos componentes que são injetados para dentro do motor. O documento de patente FR 2 790 283 descreve também uma melhoria do controle da pressão do combustível. E documento de patente EP 0 725 212 apresenta uma melhoria para o sistema de injeção de combustível em alta pressão.

[004] Em geral, a fase de arranque é tratada da mesma forma que a condição de operação de velocidade constante do motor. Ao executar em uma velocidade constante, os parâmetros que são levados em conta a fim de adaptar as quantidades de combustível ou ar de combustão são muitas e variadas, por exemplo: a temperatura da água na cabeça de cilindro, o regime de rotação do motor, a qualidade e o tipo de combustível utilizado, a pressão e a temperatura do ar no coletor de entrada. E estes dados são, então, aplicados para a gestão da fase de arranque. A principal característica caracterizadora da fase de arranque é o fato que o motor está parado e frio, à temperatura ambiente do local onde se situa. Além disso, a proliferação atual de tipos de combustível requer que temperaturas ambientes sejam levadas em conta em uma ampla gama de valores a fim de obter um arranque confiável do motor, por exemplo, a partir de tão baixa quanto -5°C no caso do etanol puro.

[005] Também conhecido é o documento US 2012/0203444 A1, que se refere a um dispositivo de controle de arranque aplicado a um sistema de injeção de motor com um iniciador que aciona o virabrequim, bomba de combustível, um trilho comum que acumula uma alta pressão de combustível entregue pela bomba de combustível, e um injetor que injeta o combustível sob alta pressão dentro do cilindro. O dispositivo de controle de arranque compreende uma unidade para o controle eletrônico do motor (ECU, sigla para Unidade de Controle de Motor em Inglês) que determina se as condições relativas à capacidade de arranque do motor diminuíram. Se a ECU determina que as condições relativas à capacidade de arranque do motor diminuíram, ela reduz a quantidade de combustível que passa do trilho para o injetor durante uma rotação do virabrequim. Em particular, a redução da quantidade de combustível é aumentada quando a pressão no interior do trilho comum torna-se menor do que a uma pressão alvo ideal que é adequada para cada estado de operação do motor.

[006] A invenção propõe-se eliminar o risco de não partida em baixa temperatura para o combustível sendo utilizado através da adaptação dos parâmetros para a gestão da massa de combustível que é injetada durante a fase de arranque. A fim de fazer isso, foi estabelecido que a atomização das partículas de combustível na mistura ar / combustível depende da pressão de injeção. A manutenção de uma elevada pressão de injeção para o combustível durante a fase de arranque favorece a atomização fina destas partículas e, consequentemente, a combustão mais eficaz. A presente invenção propõe, assim, controlar a massa de combustível que é injetada, durante a fase de arranque, dependendo da pressão do combustível, a fim de garantir um elevado nível de pressão durante esta fase.

[007] Mais particularmente, o objetivo da presente invenção é um método para a alimentação de um motor de combustão interna através da injeção direta de uma mistura de combustível e ar de combustão para cada cilindro do motor. O fato da bomba fornecer um fluxo de saída situado em um intervalo superior de seu intervalo de operação significa que o fornecimento de combustível é atingido em pressão elevada. Em uma fase de injeção de combustível preliminar que precede a partida do motor em baixa temperatura, a massa de combustível fornecida por ciclo de operação do motor, referida no presente texto como a "massa de injeção", é regulada de tal maneira que, quando a pressão do combustível que é injetado dentro de um cilindro diminui durante esta fase, esta pressão permanece acima de um valor de limiar predeterminado.

[008] Sob estas condições, a massa injetada é adaptada de acordo com a pressão a ser atingida, quando a bomba está operando em fluxos de saída mais elevados perto da sua saída de fluxo máxima, a fim da atomização do combustível ser suficientemente fina para partida ser capaz acontecer mesmo sob condições de temperatura em que tal partida de outra forma seria difícil. O valor mínimo de pressão do combustível injetado é maior do que o valor de limiar que é capaz de permitir o arranque do motor.

[009] De acordo com uma modalidade preferida, a regulação da massa de injeção é geralmente constituída por uma diminuição ajustada.

[0010] De acordo com uma modalidade preferida, o método de acordo com a invenção fornece que a pressão do combustível injetado é controlada em tempo real e é corrigida através de um ajuste da massa de injeção, que define um gradiente de pressão de tal modo que a pressão do combustível injetado permanece maior do que o valor de limiar da pressão.

[0011] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o gradiente de pressão permanece maior que um valor de limiar determinado.

[0012] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, a progressão do gradiente de pressão é controlada em tempo real e é corrigida por um ajuste contínuo da massa de injeção de tal maneira que este gradiente permanece maior que o valor de limiar do gradiente.

[0013] De acordo com uma modalidade preferida, o método de acordo com a invenção proporciona para a medição de quatro parâmetros no decurso do período de injeção: a pressão, o gradiente de pressão, a velocidade do motor e a temperatura do líquido de arrefecimento, três destes parâmetros sendo comparados com os limiares como segue: - a pressão do combustível injetado é comparada com o referido valor de limiar predeterminado para a pressão; - quando a referida pressão do combustível injetado é maior do que o referido valor de limiar predeterminado para a pressão, o gradiente de pressão é comparado com o referido valor de limiar determinado para o gradiente de pressão; - se o gradiente de pressão é maior do que o referido valor de limiar determinado para o gradiente de pressão, a velocidade do motor é comparada com um limiar de velocidade determinado para o motor; de tal maneira que, quando a pressão do combustível injetado diminui em direção ao valor de limiar predeterminado para a pressão, ou quando o gradiente de pressão é menor do que o valor de limiar determinado pelo gradiente de pressão, a quantidade de combustível é calculada de acordo com os referidos quatro parâmetros a fim de diminuir ou parar a queda de pressão, o passo consistindo em comparar a velocidade do motor com um limiar de velocidade determinado para o motor sendo ativado quando o gradiente de pressão é maior do que o valor de limiar para o gradiente de pressão de tal maneira que, se a velocidade do motor permanece inferior ou igual ao valor de limiar para a velocidade do motor, a repetição dos passos de comparação é retomada, e, quando a velocidade do motor torna-se maior do que o valor de limiar para a velocidade do motor, o motor então adota um estado de operação em velocidade constante e o método de alimentação de uma fase preliminar precedendo o arranque do motor é parado.

[0014] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o combustível pode ser um combustível de baixa volatilidade, em particular uma mistura de gasolina / etanol; a vantagem de arranque de acordo com a invenção com tais combustíveis é que permite iniciar a baixa temperatura para estes combustíveis em um tempo mais rápido do que com iniciar de acordo com as condições da técnica anterior.

[0015] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, monitorar a pressão do combustível injetado é realizado por meio de sensores ou por modelagem.

[0016] Outros detalhes, características caracterizadoras e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir de uma leitura da seguinte descrição não restritiva, com referência às figuras anexas que representam, respectivamente:

[0017] - a Figura 1, um exemplo de um fluxograma que mostra os passos do método de acordo com a invenção;

[0018] - a Figura 2, um diagrama que ilustra a correlação no tempo das principais grandezas medidas sob as condições da presente invenção, especificamente, a massa de combustível injetado, a pressão e o número de rotações do motor; e

[0019] - a Figura 3, um exemplo esquemático da arquitetura de motor em questão a fim de implementar a invenção.

[0020] O fluxograma da Figura 1 ilustra um exemplo da sequenciação dos passos principais para o arranque de um motor de acordo com a invenção. Após ligar os circuitos elétricos do veículo e, em particular, os seus componentes, (iniciador, kits, bombas, etc.) em conjunto com o motor, passo 2 para implementação do método da invenção envolve o ajuste inicial dos parâmetros seguintes dependendo do combustível utilizado: - Plimiar: pressão mínima do combustível aceita no injetor; - Pmax: pressão máxima que é possível obter no injetor, este parâmetro igualmente sendo dependente das características caracterizadoras dos referidos componentes, em particular da bomba de alta pressão; - Glimiar: valor mínimo do gradiente de pressão definido pela relação ΔP / Δt de variação na pressão por unidade de tempo do ciclo de operação de motor (unidade de tempo que separa duas primeiras posições de ponto morto consecutivas de um cilindro do motor, abreviada para "pmh", ou "tdc" na terminologia em Inglês); - Vlimiar: velocidade do motor acima da qual a fase de arranque é considerada completo, o motor, em seguida, correndo a uma velocidade constante; - M0: massa de combustível injetado inicialmente para cada ciclo tdc de motor (ou massa de injeção inicial) pelo injetor dentro da câmara de combustão do motor.

[0021] Em primeiro ligar a bomba de alta pressão (passo 3), a pressão de combustível dentro do circuito de alta pressão do motor é aumentada até o valor máximo Pmax desta pressão.

[0022] Passo 5 corresponde ao início da injeção de combustível para dentro dos cilindros do motor, de acordo com o ciclo do motor e as suas características de motor (número de cilindros, etc.).

[0023] Quatro parâmetros são medidos (passo 13) no decurso do período de injeção: a pressão P, o gradiente de pressão G, a velocidade V do motor, e a temperatura T do líquido de arrefecimento. Três destes parâmetros são comparados com os limiares, como segue: - a pressão P do combustível no injetor é comparada com o valor Plimiar (passo 7); - Se a pressão P é maior do que Plimiar, o gradiente G é comparado com o valor Glimiar (passo 9); - Se o gradiente de pressão G é maior do que Glimiar, a velocidade V é comparada com o limiar de velocidade Vlimiar (passo 11); de tal maneira que, quando a pressão P do combustível no injetor diminui em direção ao valor Plimiar ou quando o gradiente de pressão G é menor do que o valor Glimiar, a quantidade de combustível é calculada por um processador de acordo com os parâmetros P, G, V e T (passo 15), a fim de diminuir ou parar a queda de pressão para evitar que ela caia abaixo de Plimiar.

[0024] No passo 7, a pressão P é comparada com o valor Plimiar, a fim de verificar se está aproximando este valor Plimiar e para agir sobre a quantidade de combustível se for esse o caso. Passo 9, envolvendo a comparação do gradiente, é de preferência implementado em uma pressão P superior a Plimiar a fim de detectar, em particular, um gradiente para a queda na pressão e para assegurar que haja tempo suficiente para atuar na quantidade de combustível para assegurar que o limiar de pressão Plimiar não é atravessado.

[0025] Passo 11 é ativado quando o gradiente de pressão G é maior do que Glimiar de modo que se a velocidade V do motor permanece abaixo de Vlimiar neste passo 11, a repetição dos passos de comparação (passos 7, 9, 11) é retomada e, quando a velocidade V do motor torna-se maior do que Vlimiar, o motor então adota um estado de operação de velocidade constante (passo 17), e o método de alimentação em uma fase preliminar que precede o arranque do motor está parado.

[0026] A Figura 2 ilustra, mais particularmente, um exemplo da correlação em tempo dos três parâmetros principais por aplicação do método de acordo com a invenção: a pressão P do combustível no circuito de alta pressão (curva 20), a velocidade V do motor (curva de rpm de motor 22), e a massa M de combustível injetado no cilindro (curva de injeção 24). No exemplo, o combustível é o etanol hidratado puro a 7%, a uma temperatura T de -3°C, sendo esta a temperatura crítica para o arranque do motor com uma tal mistura.

[0027] A bomba de alta pressão começa a funcionar no ponto no tempo t1, marcando o início do processo de injeção destinado a iniciar o arranque. A pressão máxima Pmax (curva 20) é conseguida no ponto em tempo ti, e o processo de injeção de combustível (curva 24) dentro dos cilindros começa. A massa de injeção M de combustível injetado nos cilindros é progressivamente aumentada até que seja atingida Mmax. A regulação envolve o cálculo da diminuição da massa de injeção M a partir do ponto no tempo tj em que é estabelecido, por extrapolação, que a pressão P ou o gradiente de pressão G está avançando para uma valor que é menor do que o valor mínimo exigido, Plimiar ou Glimiar, à frente do ponto proposto no tempo t2 para o arranque.

[0028] A consequência desta redução na massa de injeção M de combustível nos cilindros é um aumento do gradiente G (resultando em uma recuperação da inclinação da curva 20) a partir do ponto no tempo tj, seguido por um aumento da pressão P . A pressão P passa, assim, através de um valor mínimo Pmin, o qual é maior do que o valor Plimiar que foi inicialmente predefinido. No exemplo, o valor Plimiar é de 40 bar, o valor Pmax é de 180 bar, que da velocidade do motor é 210 r / min (a uma velocidade constante) e que a massa de injeção M varia entre um valor máximo Mmax e um valor estabilizado Ms.

[0029] Manter a pressão P superior ao valor de limiar leva, consequentemente, a atomização mais eficaz do combustível e da mistura de combustível / ar, o que permite o arranque do motor ser confirmado pelo aumento do rpm do motor (curva 22) em aproximar o tempo de partida eficaz t2. No exemplo, a duração total de arranque, entre os pontos no tempo t1 e t2, é 3,7 segundos a -3°C para hidrato de etanol puro (7% de H2O).

[0030] Após o tempo de arranque eficaz t2, os valores para a pressão, a massa de injeção e a velocidade aproximam de valores constantes, respectivamente Ps, Ms e Vs, o que corresponde a velocidades constantes.

[0031] O diagrama da Figura 3 mostra em maior detalhe um exemplo de arquitetura do motor que se enquadra no âmbito da invenção. Esta arquitetura inclui os seguintes dispositivos: - uma bomba de abastecimento de combustível de alta pressão 31; - um injetor de combustível eletrônico 37; - tubos de entrada de combustível 33a e 33b entre a bomba de alta pressão 31 e o injetor eletrônico 37 através do trilho comum 35; - um dos cilindros 45 do motor, alojando um pistão 47 acionando um virabrequim 48 por meio de uma haste de conexão 49; - uma entrada de ar 43a para o cilindro 45; - uma saída para os gases de exaustão 43b a partir do cilindro 45; e - um circuito de água de arrefecimento 41 incluindo tubos de entrada 41a e tubos de saída 41b; - sensores para a temperatura do circuito de água de arrefecimento 39a, para a pressão do combustível no tubo de entrada 39b, para a velocidade 39d e um controlador para a válvula de injeção 39c do injetor 37; e - um processador 50, o qual recebe os sinais de medição do sensores 39a, 39b e 39d e controla a válvula de injeção 39c.

[0032] Em operação, o valor da massa de injeção de combustível para dentro do cilindro 45, controlada pelo processador 50 através da válvula de injeção 39c, é ajustado pelo processador 50 de acordo com as medições efetuadas nos sensores 39a, 39b e 39d. Estas medições são transmitidas para o processador 50, o valor do gradiente de pressão sendo determinado pelo processador 50.

[0033] A invenção não está limitada às modalidades ilustrativas descritas e ilustradas aqui. Ela pode ser adaptado para diferentes tipos de combustível, por exemplo: gasolina, diesel, etanol, ou suas misturas, em baixas temperaturas onde o método convencional de arranque resulta em falha, por exemplo, abaixo de -5°C para etanol, ou abaixo de -30°C para a gasolina. A invenção também pode ser adaptada no caso em que, no decurso de um período de operação a uma velocidade constante, a bomba de alta pressão não oferece um valor desejado para a alta pressão, apesar do fato de que está funcionando na sua potência máxima.

Claims

1. Método para alimentação de um motor de combustão interna através da injeção direta de uma mistura de combustível e ar de combustão para cada cilindro (45) do motor, o abastecimento do combustível sendo realizado a alta pressão por uma bomba (31) fornecendo um fluxo de saída situado em um intervalo superior de seu intervalo de operação, caracterizadopelo fato de que, em uma fase de injeção de combustível preliminar que precede o arranque do motor em baixa temperatura, a massa de combustível entregue por ciclo de operação do motor, referida como a massa de injeção (M), é regulada de tal maneira que, quando a pressão (P) do combustível que é injetado dentro de um cilindro (45) diminui durante esta fase, esta pressão (P) permanece acima de um valor de limiar predeterminado (Plimiar).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que, a fase de injeção sendo a fase preliminar que precede o arranque do motor, a regulação (15) da massa de injeção (M) geralmente consiste por uma diminuição ajustada.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a pressão (P) do combustível injetado é controlada em tempo real (passo 13) e é corrigida através de um ajuste (passo 15) da massa de injeção (H) a fim de definir um gradiente de pressão (G) de tal modo que a pressão (P) do combustível injetado permaneça superior (7) do que o valor de limiar da pressão (Plimiar.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3 caracterizado pelo fato de que o referido gradiente de pressão (G) permanece (9) maior do que um valor de limiar determinado (Glimiar).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a progressão do referido gradiente de pressão (G) é controlada em tempo real (13) e é corrigida (15) por um ajuste contínuo da referida massa de injeção (M), de tal maneira que o referido gradiente de pressão (G) permanece maior que o referido valor de limiar determinado (Glimiar).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que quatro parâmetros são medidos (passo 13) no decurso do período de injeção: a pressão (P), o gradiente de pressão (G), a velocidade (V) do motor e a temperatura (T) do refrigerante, três (P, G, V) destes parâmetros sendo comparados com os limiares como segue: • a pressão (P) do combustível injetado é comparada com o referido valor de limiar predeterminado para a pressão (Plimiar) (passo 7); • se a referida pressão (P) do combustível injetado é maior do que o referido valor de limiar predeterminado para esta pressão (Plimiar), o gradiente de pressão (G) é comparado com o referido valor de limiar determinado para o gradiente de pressão (Glimiar) (passo 9); • se o gradiente de pressão (G) é maior do que o referido valor de limiar determinado para o gradiente de pressão (Glimiar), a velocidade (V) do motor é comparada com um limiar de velocidade determinado para o motor (Vlimiar) (passo 11); de tal maneira que, quando a pressão (P) do combustível injetado diminui em direção ao valor de limiar predeterminado para a pressão (Plimiar), ou quando o gradiente de pressão (G) é menor do que o valor de limiar determinado pelo gradiente de pressão (Glimiar), a quantidade de combustível é calculada de acordo com os referidos quatro parâmetros (P, G, V, T) (passo 15) a fim de diminuir ou parar a queda de pressão, o passo (passo 11) que consiste em comparar a velocidade do motor com um limiar de velocidade determinado para o motor sendo ativado quando o gradiente de pressão (G) é maior do que o valor de limiar para o gradiente de pressão (Glimiar) de tal maneira que, se a velocidade (V) do motor permanece inferior ou igual ao valor de limiar para a velocidade do motor (Vlimiar), a repetição dos passos de comparação (passos 7, 9, 11) é retomada e, quando a velocidade (V) do motor torna-se maior do que o valor do limiar de velocidade (Vlimiar), o motor então adota um estado de operação de velocidade constante (passo 17) e o método de alimentação em uma fase preliminar precedendo o arranque do motor é parado.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizadopelo fato de que o combustível é um combustível de baixa volatilidade, em particular uma mistura de gasolina / etanol.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizadopelo fato de que o monitoramento da pressão (P) do combustível injetado é realizada por sensores ou por modelagem.