BRPI0404740B1 - método de controle de injetor com verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo - Google Patents
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Abstract
"método de controle de injetor com verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo". em que o método proporciona a aplicação de voltagem variável ao longo do tempo (vinj) aos terminais (5) e (6) de um circuito de direção (4) do injetor (2), a fim de fazer com que uma onda de corrente (linj) flua através do mencionado circuito de direção (4); detecção de voltagem de verificação (vv) entre os terminais (5) e (6) do circuito de direção (4) após a corrente (linj) através do circuito de direção (4) haver apagado ao final da fase de injeção, medição de tempo de verificação (tv) durante a qual a voltagem de verificação (vv) é maior que primeiro valor limite previamente determinado (svv) e diagnóstico da ausência de movimento do êmbolo caso o tempo de verificação (tv) seja menor que segundo valor limite previamente determinado (stv).
Description
MÉTODO DE CONTROLE DE INJETOR COM VERIFICAÇÃO DE QUE OCORREU O
MOVIMENTO DO EMBOLO
[001] A presente invenção refere-se a um método de controle de injetor com verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo.
[002] A presente invenção é aplicada, com vantagens, ao controle de injetores em sistema de injeção direta de gasolina, ao qual o relatório descritivo a seguir faz referência explícita sem, com isso, restringir o seu escopo geral.
[003] Foram recentemente introduzidos no mercado motores a gasolina equipados com injeção direta de combustível, que são motores nos quais a gasolina é injetada diretamente nos cilindros por injetores apropriados, cada um dos quais é disposto na coroa de um cilindro correspondente e é dirigido por corrente por uma unidade central de controle. Normalmente, a unidade central de controle é capaz de fazer com que uma corrente variável ao longo do tempo flua através de um circuito de comando do injetor, em que a mencionada corrente destina-se a gerar força de natureza eletromagnética, a fim de deslocar o êmbolo do injetor de posição fechada para posição aberta contra a ação de uma mola que tende a manter o êmbolo na posição fechada.
[004] Normalmente, uma unidade central de controle também implementa funções de diagnóstico projetadas para verificar a operação correta dos vários componentes do motor, a fim de notificar o motorista sobre a necessidade de manutenção ou utilizar estratégia especial de controle que compense qualquer falha ou mau funcionamento. As várias funções de diagnóstico fornecidas em uma unidade de controle conhecida normalmente incluem a verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo de cada injetor; em outras palavras, para cada injetor é realizada uma verificação de se o êmbolo do injetor realmente abriu ou fechou após cada comando de injeção. Atualmente, a verificação de que o movimento do êmbolo para cada injetor ocorreu é conduzida por meio de estratégia de verificação por software, que é de natureza dedutiva e conduzida sobre o sistema do motor após período de tempo relativamente longo; entretanto, esta estratégia de verificação é lenta, um tanto imprecisa e exige o uso de recursos consideráveis de computação.
[005] Em unidades centrais de controle conhecidas, também é possível medir a resistência elétrica do circuito de comando para cada injetor, a fim de verificar se o circuito de comando está aberto, em curto circuito ou se o circuito de comando contém um terminal em curto em direção ao pólo positivo ou negativo da bateria do veículo; entretanto, o êmbolo de um injetor poderá ser obstruído mesmo se o circuito de comando associado não exibir defeitos óbvios e este método de verificação não possibilita, portanto, a identificação de todos os maus funcionamentos possíveis do injetor. Além disso, os contínuos aumentos da pressão de injeção do combustível são acompanhados por aumento conseqüente da corrente de controle e, desta forma, redução da resistência elétrica dos circuitos de comando do injetor; é, portanto, cada vez mais difícil e complicado medir a resistência do circuito de comando com precisão suficiente para diferenciar condição de curto circuito de condição aceitável de operação.
[006] Por fim, propôs-se o uso de sensores dedicados apropriados (acelerométricos, de pressão ou de posição) fixados aos injetores, a fim de monitorar o movimento correto do êmbolo; esta solução, entretanto, é extremamente cara devido aos custos de aquisição e instalação dos sensores.
[007] O propósito da presente invenção é o de fornecer um método de controle de injetor com verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo, método este que não apresente nenhuma das desvantagens descritas acima e que, além disso, seja de implementação simples e econômica.
[008] A presente invenção fornece um método de controle de injetor com verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo conforme a reivindicação 1 e, preferencial mente, em quaisquer das reivindicações subseqüentes, direta ou indiretamente dependentes da reivindicação 1.
[009] A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos anexos, que ilustram algumas de suas realizações não limitadoras, nos quais: - a Figura 1 é uma vista em diagrama do dispositivo de controle que é o objeto da presente invenção; - a Figura 2 é uma vista em diagrama de um circuito atuante do dispositivo de controle da Figura 1; - a Figura 3 exibe o perfil de tempo de vários parâmetros elétricos característicos do circuito da Figura 2; e - a Figura 4 é uma vista em diagrama de uma variante do circuito atuante exibido na Figura 2.
[0010] Na Figura 1, (1) indica o dispositivo geral de controle de quatro injetores (2) de tipo conhecido (indicados na Figura 1 com os nomes INJETOR1, INJETOR2, INJETOR3 e INJETOR4) de um motor a explosão (3) (exibido em diagrama) equipado com quatro cilindros (não exibidos) dispostos de forma alinhada. Cada injetor (2) é disposto em correspondência com a coroa de um cilindro correspondente (não exibido) do motor (3), de forma a injetar quantidade previamente determinada de gasolina diretamente no mencionado cilindro.
[0011] Cada injetor (2) é de tipo conhecido e compreende uma válvula (não exibida em detalhes) que controla o fluxo da gasolina injetada e é equipada com um êmbolo que pode mover-se entre posição fechada e posição aberta; particularmente, o injetor (2) é equipado com acionador eletromagnético (não exibido em detalhes), que é acionado por um circuito de comando e é capaz de deslocar o êmbolo da posição fechada para a posição aberta contra a ação de uma mola (não exibida), que tende a sustentar o êmbolo na posição fechada.
[0012] Conforme exibido na Figura 2, cada injetor (2) é dirigido por corrente e é equipado com circuito de comando (4) para o acionador eletromagnético correspondente que compreende um par de terminais (5) e (6); a fim de acionar um injetor (2), é necessário fazer com que corrente elétrica de intensidade previamente determinada flua através do circuito de comando (4) correspondente. A velocidade de fluxo da gasolina injetada por cada injetor (2) durante a sua fase aberta é substancialmente constante e, desta forma, a quantidade de gasolina injetada pelo injetor (2) no cilindro correspondente (não exibido) é diretamente proporcional ao tempo aberto do mencionado injetor (2).
[0013] O dispositivo de controle (1) é energizado por uma bateria (7) do motor (3) e compreende uma unidade de controle (8), que é equipada com controlador (9), conversor (10) energizado pela bateria (7), unidade de diagnóstico (11) e estágio de energia (12).
[0014] O controlador (9) interage com uma unidade de controle (13) (tipicamente, um microprocessador) do motor (3), a fim de receber da mencionada unidade de controle (13) para cada injetor (2) e para cada ciclo de motor o valor desejado do tempo aberto Tinj (diretamente proporcional ao valor desejado da quantidade de gasolina a ser injetada) e do tempo de início de injeção. Com base nos dados recebidos da unidade de controle (13), o controlador (9) dirige o estágio de energia (12), que aciona cada injetor (2) passando corrente elétrica previamente determinada (variável com o tempo) linj através do correspondente circuito de comando (4), aplicando tensão (variável com o tempo) Vinj através dos terminais correspondentes (5) e (6).
[0015] O estágio de energia (12) recebe os sinais de comando do controlador (9) e é energizado diretamente pela bateria (7) com tensão nominal Vbatt de 12 volts ou pelo conversor (10) com tensão nominal Vtank de 68 volts (geralmente de 50 a 90 volts). O conversor (10) é um conversor DC/DC de tipo conhecido, que é capaz de elevar a tensão Vbatt da bateria (7) até a tensão Vtank de 68 volts.
[0016] A unidade de diagnóstico (11) é capaz de interagir com o controlador (9) ou com o estágio de energia (12), de maneira a verificar, de forma a ser descrita abaixo, a atuação adequada dos injetores (2).
[0017] Conforme exibido na Figura 2, o estágio de energia (12) compreende, para cada injetor (2), um correspondente circuito de controle (14) que é conectado aos terminais (5) e (6) do correspondente circuito de comando (4) e é dirigido pelo controlador (9), a fim de fazer com que corrente previamente determinada linj flua através do mencionado circuito de comando (4).
[0018] Cada circuito de controle (14) compreende um transistor (15) dirigido pelo controlador (9) e capaz de conectar o terminal (5) do correspondente circuito de comando (4) a um terminal intermediário (16), que é conectado à tensão Vbatt da bateria (7) através de um diodo de não retorno (17) e é conectado à tensão Vtank do conversor (10) através de um transistor (18) dirigido pelo controlador (9). Cada circuito de controle (14) compreende ainda um transistor (19) dirigido pelo controlador (9) e capaz de conectar o terminal (6) do correspondente circuito de comando (4) a um terra comum (20) e dois diodos de recirculação (21) e (22) conectados, respectivamente, entre o terminal (5) e o terra (20) e entre o terminal (6) e o terminal intermediário (16). Segundo realização preferida exibida na Figura 2, os transistores (15), (18) e (19) são do tipo "MOS".
[0019] Um resistor derivado (23) é inserido entre o transistor (19) e o terra (20), em que o mencionado resistor é equipado com um terminal de medição (24); medindo-se a tensão existente através do resistor (23) (ou seja, a tensão presente entre o terminal de medição (24) e o terra (20)), é possível medir a intensidade da corrente Iinj quando o transistor [19] estiver conduzindo. Segundo outra realização, não exibida, o resistor derivado (23) é conectado diretamente ao terminal (5), a fim de medir continuamente a intensidade da corrente Iinj.
[0020] Conforme exibido nas Figuras 2 e 3, será agora descrita uma fase de injeção de um injetor (2) com referência específica ao perfil de tempo da corrente Iinj que flui através dos terminais (5) e (6) do correspondente circuito de comando (4) e ao perfil de tempo da tensão Vinj através dos mencionados terminais (5) e (6).
[0021] Inicialmente, os transistores (15), (18) e (19) são todos desativados, o circuito de comando (4) é isolado, a corrente Iinj possui valor zero e o injetor é fechado.
[0022] Para iniciar a fase de injeção, os transistores (15), (18) e (19) são forçados simultaneamente a conduzir, com o terminal (5) sendo conectado à tensão Vtank através dos transistores (15) e (18), o terminal (6) é conectado desta forma ao terra (20) através do transistor (19) e a tensão Vinj é igual a Vtank. Sob estas condições, a corrente Iinj aumenta rapidamente pelo período TI até valor de pico Ip e o injetor (2) começa a fase de movimentação do embolo.
[0023] Quando a corrente Iinj atingir o valor Ip, controle de corrente (que utiliza a medição da corrente Iinj realizada utilizando o resistor (23)) mantém a corrente Iinj dentro de faixa de amplitude ΔΙρ centralizada sobre valor médio Ipm por período T2 através de ação sobre o comando do transistor (19), que comuta de forma cíclica entre estado de condução e estado desativado. Durante o estado de condução do transistor (19), o terminal (5) é conectado à tensão Vtank através dos transistores (15) e (18), o terminal (6) é conectado ao terra (20) através do transistor (19), a tensão Vinj é igual a Vtank e o valor de Iinj aumenta; em que, durante o estado desativado do transistor (19), o diodo de recirculação (22) começa a conduzir e curtocircuita os terminais (5) e (6) através do transistor (15), a tensão Vinj é substancial mente zero e o valor de Iinj cai. A intensidade da corrente Iinj somente é medida quando o transistor (19) estiver conduzindo, pois o resistor de medição (23) é disposto abaixo no fluxo do transistor (19); entretanto, a constante de tempo do circuito de comando (4) é conhecida e, portanto, o controlador (9) é capaz de calcular quando a corrente Iinj atingir o limite inferior (Ipm-ΔΙρ/2) e o transistor (19) deve ser forçado a conduzir novamente.
[0024] Após a corrente Iinj ter permanecido substancialmente no valor Ip pelo período (T2), o controlador (9) faz com que os transistores (15) e (19) continuem a conduzir e desativem o transistor (18), com o terminal (5) ficando desta forma conectado à tensão Vbatt através do transistor (15) e do diodo (17), o terminal (6) é conectado ao terra (20) através do transistor (19) e a tensão Vinj é igual a Vbatt. Sob estas condições, a corrente Iinj cai lentamente por período previamente determinado (T3) até valor IpF; neste ponto, o controlador (9) desativa simultaneamente todos os três transistores (15), (18) e (19) e, como resultado da corrente Iinj que não pode apagar instantaneamente, o diodo de recirculação (21) e, inversamente, o transistor (18) começam a conduzir, com o terminal (5) sendo conectado desta forma ao terra (20) através do diodo de recirculação (21), o terminal (6) é conectado à tensão Vtank através do diodo de recirculação (22) e do transistor (18), a tensão Vinj é igual a -Vtank e a corrente Iinj cai rapidamente.
[0025] Dever-se-á observar que o transistor (18) começa a conduzir inversamente como resultado das características da junção de MOS, que contém um diodo parasítico que está disposto em paralelo com a mencionada junção e é capaz de ser orientado inversamente com relação à junção.
[0026] Após período (T4) substancialmente suficiente para cancelar a corrente Iinj, o controlador (9) ajusta a corrente Iinj substancialmente em valor Im e a mantém, fazendo com que o transistor (15) continue a conduzir e aja sobre o comando do transistor (19), que comuta de forma cíclica entre estado de condução e estado desativado. Nesta situação, o transistor (19) é dirigido para manter a corrente Iinj em faixa de amplitude ΔΙηη centralizada em Im pelo período (T5) segundo os métodos descritos acima. Ao final do período (T5), todos os transistores (15), (18) e (19) são desativados e a corrente Iinj cai rapidamente a zero segundo os métodos descritos acima.
[0027] Depois que a corrente Iinj cair a zero e permanecer em valor zero por período previamente determinado, o injetor (2) fecha e suspende a injeção de gasolina. Conforme exibido claramente na Figura 3, a soma dos tempos (Tl), (T2), (T3), (T4) e (T5) é igual ao tempo total de injeção Tinj, ou seja, até o tempo total durante o qual o injetor (2) permanece aberto.
[0028] A unidade de diagnóstico (11) é capaz de verificar, para cada injetor (2), que ocorreu o movimento do êmbolo correspondente após o fornecimento de uma corrente Iinj ao circuito de comando (4) associado. A fim de verificar que ocorreu o movimento do êmbolo de um injetor (2), a unidade de diagnóstico (11) faz uso da tensão (Vv) do terminal (6) do correspondente circuito de comando (4) (ou seja, o terminal (6) do circuito de comando (4) que não é fornecido). A unidade de diagnóstico (11) detecta o período de tempo Tv durante o qual a tensão Vv do terminal (6) permanece acima de um valor limite previamente determinado SVv que começa no momento em que a corrente Iinj foi suspensa até o final da fase de injeção; caso o tempo Tv seja menor que valor limite previamente determinado correspondente STv, a unidade de diagnóstico (11) relata que o êmbolo deixou de mover-se. Obviamente, a fim de evitar sinais de falha errôneos, é preferível que a unidade de diagnóstico (11) relate que o êmbolo deixou de mover-se somente se a freqüência à qual os tempos medidos correspondentes Tv encontram-se abaixo do valor limite STv é, por sua vez, maior que valor mínimo; em outras palavras, em caso de falha real de um injetor, grande número de vezes Tv detectadas sucessivamente é menor que o valor limite STv, enquanto um caso isolado, em que um único tempo Tv é menor que o valor limite STv, provavelmente pode ser atribuído a um erro acidental na medição do mencionado tempo Tv.
[0029] A medição descrita acima do tempo Tv baseia-se no fato de que, quando a corrente Iinj caie a zero de forma suficientemente rápida (que é sempre o caso em injetores modernos (2), nos quais a corrente Iinj é zerada por meio de alta tensão inversa igual a -Vtank), o circuito magnético do acionador eletromagnético do injetor (2) ainda permanece magnetizado e, desta forma, o deslocamento do êmbolo que retorna à posição fechada sob o efeito da mola em um campo magnético que ainda está presente gera força contraeletromotora entre os terminais (5) e (6) do circuito de comando (4); esta força contraeletromotora pode ser medida entre os terminais (5) e (6) do circuito de comando (4) e é indicação clara de que o êmbolo realmente se moveu. Em outras palavras, caso, após a corrente Iinj que passa através do circuito de comando (4) ter caído para zero, tensão Vv (ou seja, força contraeletromotora) ainda esteja presente entre os terminais (5) e (6) do circuito de comando (4) pelo período Tv, o êmbolo ainda está se movendo e, desta forma, o movimento do êmbolo realmente foi detectado durante a fase de injeção; por outro lado, caso, após a corrente Iinj que passa através do circuito de comando (4) ter caído para zero, não haja tensão Vv (ou seja, força contraeletromotora) entre os terminais (5) e (6) do circuito de comando (4), o êmbolo não se moveu durante a fase de injeção.
[0030] Conforme indicado acima, a explicação acima se aplica caso a corrente Iinj caia a zero de forma suficientemente rápida, mas este sempre é o caso em injetores modernos (2) nos quais a corrente Iinj é zerada por meio de alta tensão inversa igual a -Vtank; particularmente, em injetor (2) do tipo utilizado normalmente, a corrente Iinj cai a zero em algumas dezenas de microssegundos, enquanto o tempo de fechamento mecânico do êmbolo e, portanto, a duração da tensão Tv for de ordem de magnitude mais alta (algumas centenas de microssegundos).
[0031] Segundo realização adicional exibida na Figura 4, um circuito de controle (14) é capaz de dirigir dois injetores (2) (por exemplo, conforme exibido na Figura 4, INJETOR1 e INJETOR4) utilizando dois transistores (19) (indicados (19a) e (19b) na Figura 4 e associados a INJETOR1 e INJETOR4, respectivamente), cada um dos quais conecta um terminal correspondente (6) ao terra (20). Desta forma, é possível utilizar quantidade menor de componentes gerais, pois os transistores (15) e (18) de cada circuito de controle (14) são compartilhados pelos circuitos de comando (4) de dois injetores diferentes (2). A operação do circuito de controle (14) na Figura 4 é completamente idêntica à operação descrita acima do circuito de controle (14) na Figura 2; obviamente, o transistor (19a) será dirigido para abrir o injetor INJETOR1, enquanto o transistor (19b) será dirigido para abrir o injetor INJETOR4.
[0032] Durante a fase de injeção principal de um injetor (tal como INJETOR1), o circuito de controle (14) exibido na Figura 4 também possibilita a condução de injeção secundária do outro injetor (INJETOR4), em que a mencionada injeção secundária é realizada simplesmente fazendo com que o transistor correspondente (19) ((19b) para INJETOR4) conduza. Segundo outras realizações, a injeção secundária pode ser realizada mantendo-se o transistor (18) constantemente desativado ou fazendo com que o transistor (18) conduza; a diferença entre as duas soluções repousa no fato de que, em um caso (transistor (18) constantemente desativado), a corrente Iinj da injeção secundária possui pulso mais suave (e, desta forma, abertura mais lenta e menos precisa), pois é gerada por tensão Vinj igual a Vbatt e, no outro caso (transistor (18) inicialmente forçado a conduzir), a corrente Iinj da injeção secundária possui pulso muito mais agudo, pois é gerada por tensão Vinj igual a Vtank.
[0033] O método descrito acima de verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo de um injetor (2) exibe várias vantagens: ele possibilita reconhecer que ocorreu o movimento do êmbolo para cada atuação isolada do injetor correspondente (2) de forma extremamente rápida e precisa, não é influenciado pela tensão Vbatt fornecida pela bateria nem pela temperatura ambiente, pode ser calibrado segundo as necessidades específicas do motor (1) (pressão de injeção de gasolina, características estruturais do injetor (2), estratégia de projeto mecânico etc.) e, por fim, é de implementação direta e econômica, pelo fato de que não necessita de circuitos ou componentes de hardware adicionais em comparação com os fornecidos normalmente para controle dos injetores (2).
[0034] Graças às numerosas vantagens do método descrito acima para verificar que ocorreu o movimento do êmbolo de um injetor (2), o mencionado método pode ser obviamente utilizado com injetor capaz de injetar qualquer tipo de combustível, tal como gasolina, óleo diesel, álcool, metano, LPG etc.
Claims (8)
1. Método de controle de injetor (2) com verificação de que ocorreu o movimento do êmbolo; em que o método proporciona a aplicação de tensão variável ao longo do tempo (Vinj) aos terminais (5) e (6) de um circuito de comando (4) do injetor (2), a fim de fazer com que uma corrente (Iinj) flua através do mencionado circuito de comando (4); em que o método é caracterizado pela detecção de tensão de verificação (Vv) entre os terminais (5) e (6) do circuito de comando (4) após a corrente (Iinj) através do circuito de comando (4) ter cessado ao final da fase de injeção, a medição de tempo de verificação (Tv) durante a qual a tensão de verificação (Vv) é maior que primeiro valor limite previamente determinado (SVv) e diagnóstico da ausência de movimento do êmbolo caso o tempo de verificação (Tv) seja menor que segundo valor limite previamente determinado (STv).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tensão de verificação (Vv) é detectada entre um terminal (6) do circuito de comando (4) e um terra elétrico (20).
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um primeiro terminal (5) do circuito de comando (4) é conectado seletivamente a uma tensão de fornecimento, enquanto segundo terminal (6) do circuito de comando (4) é conectado seletivamente ao terra elétrico; em que a tensão de verificação (Vv) é detectada entre o segundo terminal (6) do circuito de comando (4) e o terra elétrico (20).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a corrente variável ao longo do tempo (Iinj) compreende seção de pulso inicial (ΤΙ), (T2) e (T3) que exibe intensidade de corrente relativamente alta (Iinj), seção intermediária (T4) durante a qual a intensidade da corrente (Iinj) rapidamente cai substancialmente a zero e seção final subseqüente (T5) que exibe intensidade de corrente relativamente baixa (Iinj).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, durante a seção inicial (ΤΙ), (T2) e (T3), o circuito de comando (4) do injetor (2) é controlado por meio de primeira tensão (Vtank) e, durante a seção final (T5), o circuito de comando (4) do injetor (2) é controlado por meio de segunda tensão (Vbatt) que é igual à tensão da bateria e é menor que a primeira tensão (Vtank).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a tensão variável ao longo do tempo (Vinj) é aplicada aos terminais (5) e (6) do circuito de comando (4) do injetor (2) por um circuito de controle (14), que compreende primeiros meios transistores (15) e (18) para conectar um primeiro terminal (5) do circuito de comando (4) a um gerador de tensão (7) e (10), segundos meios transistores (19) para conectar um segundo terminal (6) do circuito de comando (4) a um terra (20) do gerador de tensão (7) e (10) e diodos de recirculação (21) e (22), permitindo a descarga das indutâncias do circuito de comando (4).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os primeiros meios transistores (15) compreendem um par de transistores (15) e (18) para conectar seletivamente o primeiro terminal (5) a primeiro e segundo geradores de tensão (7) e (10).
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um primeiro diodo de recirculação (21) conecta o primeiro terminal (5) ao terra elétrico (20) e segundo diodo de recirculação (22) conecta o segundo terminal (6) ao mencionado gerador de tensão (7) e (10).
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