ES2213968T3 - Metodo para controlar la inyeccion de combustible en la camara de combustion de un motor de explosion. - Google Patents
Metodo para controlar la inyeccion de combustible en la camara de combustion de un motor de explosion.Info
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Abstract
Método de controlar la inyección directa de combustible a al menos una cámara de combustión (4) de un motor de combustión interna (2), incluyendo el motor (2) al menos un cilindro (3) que define dicha cámara (4), un colector de aspiración (5) conectado al cilindro (3), al menos un colector de combustible (11) y al menos un inyector (12) que conecta el colector de combustible (11) a dicha cámara (4) para inyectar el combustible directamente a la misma, caracterizándose el método porque, para efectuar una operación de inyección genérica (INJ) en relación a una primera carrera (C) del cilindro comenzando en un primer punto muerto (PMN), incluye los pasos siguientes: a) calcular (40) la cantidad de combustible (QBINJ) a inyectar; b) estimar (51) durante una segunda carrera (A) del cilindro que precede a dicha primera carrera (C) la presión (PCOLL(PMN)) que estará presente en el colector de aspiración (5) en el primer punto muerto (PMN); c) estimar (52) un avance de inyección (öINJ) para dicha inyección (INJ) en base a la estimación de la presión (PCOLL(PMN)) en el colector de aspiración (5); d) detectar (54) la presión (PFUEL) en el colector de combustible (11); e) estimar (53, 55, 56, 57, 58, 59, 60) la presión media (PCAMmean) que estará presente en la cámara de combustión (4) durante la inyección (INJ) en base a las estimaciones efectuadas en los pasos b) y c) y en base a una función (f) representativa del desarrollo de la presión en la cámara de combustión (4) bajo condiciones operativas de referencia del motor; f) estimar (61) el caudal medio (G) del inyector (12) durante la inyección (INJ) en base a la diferencia de presión (ÄP2) entre la presión (PFUEL) detectada en el colector de combustible (11) y la presión media (PCAMmean) estimada en la cámara de combustión (4), y g) calcular y programar (61) un intervalo de suministro (AtINJprog) para el inyector (12) en base al caudal medio (G) estimado y a la cantidad de combustible (QBINJ) calculada.
Description
Método para controlar la inyección de combustible
en la cámara de combustión de un motor de explosión.
Esta invención se refiere a un método de
controlar la inyección directa de combustible a una cámara de
combustión de un motor de combustión interna.
Como se conoce, los motores de combustión interna
de inyección directa tienen un colector de aspiración conectado a
los cilindros del motor para suministrarles un flujo de aire, un
colector de combustible para recibir el combustible a alta presión
a suministrar a dichos cilindros y una pluralidad de inyectores,
cada uno de los cuales está conectado al colector de combustible y
está provisto de una boquilla de suministro dispuesta directamente
enfrente de una cámara de combustión respectiva.
El colector de combustible recibe el combustible
de una bomba de alta presión que está conectada al depósito de
almacenamiento de combustible, mientras que cada inyector está
asociado con un cilindro respectivo y se controla para la inyección
directa de combustible al mismo.
El suministro de combustible a los cilindros lo
controla la unidad de control del motor, que mueve cada inyector
por medio de la generación de una señal respectiva de control que
indica el intervalo de tiempo de suministro, es decir, el intervalo
dentro del que el inyector debe permitir el paso de combustible del
colector de combustible a la cámara de combustión.
En particular, en relación a una operación de
inyección única a un cilindro, la unidad de control calcula tanto
la cantidad de combustible a suministrar como el avance de
inyección, es decir, por ejemplo, el intervalo de tiempo que
transcurre desde el momento teórico final de la inyección al momento
en el que los pistones asociados con el cilindro estarán situados
en la posición de punto muerto superior siguiente.
Por lo tanto, la unidad de control debe calcular
y programar el intervalo de tiempo de suministro para permitir la
inyección de la cantidad de combustible calculada.
Por otra parte, para poder calcular con precisión
el intervalo de tiempo de suministro, hay que tener en cuenta las
características de suministro del inyector (por ejemplo, la
capacidad), siendo éstas altamente dependientes de la diferencia de
presión presente en los extremos de dicho inyector, es decir, de la
diferencia entre la presión presente en el colector de combustible y
la presión presente en el interior de la cámara de combustión
durante la inyección.
La presión interna del colector de combustible
puede variar en general entre un intervalo predeterminado
incluyendo un valor de presión de referencia (en general, un valor
de presión de entre 40 y 120 bar). Por otra parte, la presión en el
interior de la cámara de combustión es altamente variable, tanto en
función de la posición de la válvula de acelerador como en función
de la carrera del cilindro en el que se supone que tiene lugar la
inyección (típicamente la carrera de aspiración y/o la carrera de
compresión).
Por lo tanto, para poder inyectar efectivamente
la cantidad deseada de combustible, hay que resolver el problema de
estimar con precisión la diferencia de presión que estará presente
en los extremos del inyector durante la inyección.
Si el cálculo del intervalo de tiempo de
suministro se basa, de hecho, en el valor de una diferencia de
presión que se desvía considerablemente del valor que estará
realmente presente durante la inyección, la cantidad de combustible
que se suministrará al cilindro se desviará de la cantidad deseada.
Esta desviación de la cantidad de combustible inyectada es
especialmente perjudicial porque altera la relación
aire/combustible con respecto al valor objetivo, como resultado de
lo que, además de que da lugar a un deterioro de la combustión,
puede dar origen a un aumento del consumo o una pérdida de potencia,
o puede afectar a la operación correcta del convertidor
catalítico.
Según US-A-5 718
203, en un aparato de control para un motor de inyección directa,
se añade un tiempo adicional de intervalo de inyección de
combustible a un intervalo de tiempo base de inyección de
combustible para compensar una supuesta cantidad disminuida de
combustible inyectado producida por la disminución de la diferencia
entre la presión en el cilindro y la presión de combustible en una
carrera de compresión. La presión en el cilindro se estima con
anterioridad por una parte de estimación de cambio de presión.
EP-A-0 589 517
describe utilizar un modelo delta para predecir la presión absoluta
del colector para un período futuro. La masa de aire inducida en
cada cilindro se calcula en base a la presión prevista del colector
y se utiliza para determinar la cantidad correcta de combustible a
inyectar en dicho período.
La finalidad de esta invención es proporcionar un
método de controlar la inyección que resuelve el problema antes
descrito, es decir, que permite la determinación muy precisa del
intervalo de tiempo de suministro que garantiza el suministro de la
cantidad deseada de combustible.
Esta invención proporciona un método de controlar
la inyección directa de combustible a una cámara de combustión de
un motor de combustión interna del tipo descrito en la
reivindicación 1.
Esta invención se describirá ahora con referencia
a los dibujos anexos que ilustran una realización no limitativa
preferida y en los que:
La figura 1 es una vista diagramática de un
dispositivo para controlar la inyección directa de combustible a un
motor de combustión interna, que implementa el método de esta
invención.
La figura 2 muestra un detalle del motor de la
figura 1.
La figura 3 es un diagrama en relación a un
cilindro del motor que muestra una serie de operaciones de
inyección en el tiempo.
La figura 4 es un diagrama de bloques del método
de control de esta invención.
La figura 5 muestra la aplicación del método de
control con respecto a la inyección durante la carrera de
compresión.
La figura 6 muestra con detalle un bloque
funcional del diagrama de la figura 4.
La figura 7 muestra el desarrollo de una función
que expresa la dependencia de la presión interna de la cámara de
combustión (estandarizada al valor de presión atmosférica) en el
ángulo de rotación del cigüeñal, es decir, en las varias carreras
del cilindro.
Y la figura 8 es un diagrama de bloques de un
circuito estimador que forma parte del dispositivo de control de la
figura 1.
Con referencia a la figura 1, el número de
referencia 1 designa esquemáticamente un dispositivo de control de
un motor de combustión interna de inyección directa 2. En el
ejemplo representado, el motor 2 es un motor de gasolina provisto
de cuatro cilindros, designados por el número de referencia 3, cada
uno de los cuales define una cámara de combustión respectiva 4 en
correspondencia con su extremo superior (figura 2).
El motor 2 tiene un colector de aspiración 5 para
suministrar un flujo de aire hacia los cilindros 3, un sistema de
combustible 6 para suministrar la gasolina directamente a las
cámaras de combustión 4 y un dispositivo de encendido 7 para
disparar la combustión de la mezcla de aire/gasolina en el interior
de los cilindros 3.
El motor 2 tiene además un colector de escape 8
capaz de transportar los gases de combustión expulsados de las
cámaras de combustión a un tubo de escape 9 a lo largo del que está
dispuesto un convertidor catalítico 10 (de tipo conocido) para
reducir los contaminantes presentes en los gases de escape antes de
que éstos últimos sean expulsados al entorno externo.
El sistema de combustible 6 incluye un colector
de combustible 11 para recibir y acumular la gasolina a alta
presión suministrada por la bomba de combustible (no representada)
y un regulador de presión (de tipo conocido y no representado) para
estabilizar la presión en el colector de combustible 11 a un valor
de presión predeterminado incluido en general entre 40 y 120 bar. El
sistema de combustible 6 incluye además una pluralidad de
inyectores 12, cada uno de los cuales tiene un extremo 12a que
comunica con el colector de combustible 11 (figura 2) y está
provisto de una boquilla de suministro 12b dispuesta mirando
directamente a una cámara de combustión respectiva 4. Cada inyector
12 se controla por medio de una respectiva señal de habilitación de
suministro \Deltat_{INJ} para suministrar combustible desde el
colector de combustible 11 al interior de la cámara de combustión
relevante 4.
El dispositivo de encendido 7 tiene una
pluralidad de bujías 13, cada una de las cuales está colocada en
correspondencia con una cámara de combustión respectiva 4 y se
controla para disparar la combustión.
El dispositivo de control 1 incluye una unidad de
control electrónico 16 que tiene una pluralidad de conexiones de
entrada y salida por medio de la que controla todas las funciones
del motor 2.
Solamente las conexiones relevantes a los efectos
de la descripción de la materia de esta invención se muestran en la
figura 1. En particular, la unidad de control 16 controla la
apertura y el cierre de cada inyector 12 por medio de la señal de
habilitación de suministro \Deltat_{INJ} que indica el intervalo
de tiempo dentro del que debe tener lugar la inyección de la
gasolina a la cámara de combustión relevante 4. En la figura 1, la
referencia ACC designa la señal de control por medio de la que la
unidad de control 16 activa cada bujía 13 para disparar la
combustión en el cilindro relevante 3.
La unidad de control 16 está conectada a un
sensor de presión 17 para recibir una señal P_{COLL} que indica
la presión en el colector de aspiración 5 y coopera con un sensor
de posición 18 para detectar la posición P_{FARF} de la válvula
de acelerador 19 que está dispuesta a lo largo del tubo de
aspiración 5 para regular el flujo de aire a los cilindros 3. La
unidad de control 16 está conectada además a un sensor de velocidad
angular 20 del cigüeñal 21 para recibir una señal de rpm que indica
el número de revoluciones por minuto y coopera con dos sensores de
temperatura 22 y 23, detectando el sensor 23 la temperatura
T_{AC} del refrigerante del motor, y detectando el sensor 22 la
temperatura T_{AR} del aire presente en el colector de aspiración
5. La unidad de control 16 también está conectada a un sensor de
presión 24 dispuesto en el colector de combustible 11 y capaz de
indicar la presión interna P_{FUEL} de dicho colector, es decir,
la presión del extremo 12a de los inyectores 12. La unidad de
control 16 recibe finalmente en su entrada una señal V_{BAT} de un
sensor 25 para detectar el voltaje de la batería del motor.
En motores de inyección directa, la inyección de
combustible al interior de una cámara de combustión 4 se puede
efectuar durante la carrera de aspiración y/o durante la carrera de
compresión del cilindro relevante 3, pero, como se representa en la
figura 3, también durante la carrera de escape del cilindro 3, es
decir, cuando la válvula de escape 26 (figura 2) asociada con el
cilindro ya está abierta. La figura 3 muestra de hecho una serie
posible de operaciones de inyección al interior de un ciclo
idéntico de aspiración/compresión/expansión/escape de un cilindro 3
en el tiempo. En la figura, la referencia INJ_{A} designa la
inyección en la carrera de aspiración A, INJ_{C} designa la
inyección en la carrera de compresión C e INJ_{S} designa la
inyección en la carrera de escape S. Las operaciones de inyección
INJ_{A} e INJ_{C} proporcionan el combustible que participa en
la combustión y por lo tanto en la generación de par motor,
mientras que la operación de inyección INJ_{S} se puede efectuar,
por ejemplo si se desea acelerar el calentamiento del convertidor
catalítico 10 después del arranque en frío del motor. De hecho, si
la mezcla de aire/combustible que participa en la combustión es
pobre, es decir, genera gases de escape ricos en oxígeno, el
combustible inyectado durante la inyección INJ_{S} puede dar
origen a combustión residual que quema el oxígeno excesivo presente
en los gases de escape todavía en combustión, generando por ello
calor hacia el convertidor catalítico 10.
Según esta invención, el dispositivo de control 1
implementa un método de controlar la inyección de combustible,
según que haya regulación óptima del intervalo de tiempo de
suministro (\Deltat_{INJ}) del inyector relevante 12 para cada
inyección INJ de combustible a un cilindro 3 a realizar para
suministrar exactamente la cantidad deseada de combustible para esta
inyección. Con referencia a las operaciones de inyección INJ_{A},
INJ_{C} e INJ_{S} de la figura 3, el método permite por lo
tanto la determinación de los intervalos de tiempo de suministro
\Deltat_{INJA}, \Deltat_{INJC} y \Deltat_{INJS}
referentes a estas operaciones de inyección.
En la figura 3, el ciclo de
aspiración/compresión/ expansión/escape se expresa en grados
mecánicos y los símbolos de referencia PM_{N-2},
PM_{N-1}, PM_{N}, PM_{N+1}, PM_{N+2} y
PM_{N+3} designan los momentos en los que el pistón asume las
posiciones relativas de punto muerto superior o inferior. Según lo
que se representa, la operación de inyección INJ_{A} se realiza
sucesivamente en el momento PM_{N-1}, mientras que
las operaciones de inyección INJ_{C} e INJ_{S} se realizan
respectivamente en momentos después de los momentos PM_{N} y
PM_{N+2}, respectivamente.
El método de control de esta invención se
describirá con referencia ahora a la figura 4, haciendo referencia
por razones de sencillez a una operación de inyección genérica INJ
(figura 5) que debe ser activada después del momento genérico
PM_{N} en la carrera de compresión, sin perder por lo tanto dicha
generalidad. El método permite controlar el tiempo de apertura del
inyector 12 en base al valor de su caudal, que se estima a partir
de la caída real de presión que estará presente en los extremos de
dicho inyector durante la inyección.
Con referencia a la figura 4, un bloque inicial
INICIO va seguido de un bloque 40 en el que la unidad de control 16
calcula la cantidad de combustible QB_{INJ} a inyectar al
cilindro 3 en correspondencia con la operación de inyección INJ
según métodos conocidos. La cantidad de combustible QB_{INJ} se
determina con al menos un avance de punto muerto con respecto al
punto muerto PM_{N} para la activación de la inyección, es decir,
al menos el punto muerto PM_{N-1}.
El bloque 40 va seguido de un bloque 50 (descrito
con detalle más adelante) en el que, partiendo del momento
PM_{N-1} (es decir, con un avance de punto muerto
con respecto al punto muerto central PM_{N} para accionamiento),
la unidad de control 16 calcula y programa el intervalo de tiempo
de suministro \Deltat_{INJprog}referente a esta operación de
inyección. Como se describirá después, el intervalo de tiempo
\Deltat_{INJprog}se calcula en base al valor real de la presión
P_{FUEL}en el colector de combustible 11 y en base a una
estimación de la presión media P_{CAMmean} que estará presente en
la cámara de combustión 4 durante la inyección. Esta estimación de
la presión media P_{CAMmean} en la cámara de combustión se
efectúa a partir de datos medidos disponibles en el momento
PM_{N-1}.
El bloque funcional 50 va seguido de un bloque
funcional 70 (descrito con detalle más adelante) en el que,
partiendo del momento PM_{N}, la unidad de control 16 realiza un
procedimiento para corregir el intervalo de suministro
\Deltat_{INJprog} programado. Este procedimiento de corrección
calcula el intervalo de suministro de nuevo en base a una nueva
estimación de la presión media en la cámara de combustión
P_{CAMmeanNEW} y, además, tiene en cuenta cambios instantáneos de
la presión P_{FUEL}en el colector de combustible 11. Como se
describirá, la nueva estimación de la presión P_{CAMmeanNEW} se
efectúa a partir de datos medidos disponibles en el momento
PM_{N}. En otros términos, en el bloque 70, la unidad de control
16 realiza un nuevo cálculo del intervalo de suministro y, si es
posible, efectúa una nueva programación de la inyección para
garantizar el suministro de la cantidad requerida de gasolina
QB_{INJ} con exactitud óptima.
El bloque funcional 50 se describirá ahora con
referencia a la figura 6.
El bloque inicial INIT va seguido de un bloque 51
en el que, en correspondencia con el punto muerto
PM_{N-1}, la unidad de control 16 estima el valor
de la presión en el colector de aspiración 5 en el momento PM_{N}
(es decir P_{COLL}(PM_{N})) a partir de las entradas
disponibles en el momento PM_{N-1}. Como se
describirá con más detalle más adelante, un método que se puede
usar para estimar este valor de presión P_{COLL}(PM_{N})
es el propuesto por la Solicitud de Patente italiana TO94A000152 de
4 de marzo de 1994 (esta solicitud de patente se ha ampliado dando
origen a las siguientes solicitudes de patente: EP 95102976.8 de 2
de marzo de 1995, US 08/397386 de 2 de marzo de 1995 y BR 9500900.0
de 3 de marzo de 1995).
La salida del bloque 51 va seguida de un bloque
52 en el que la unidad de control 16 calcula el valor del avance de
inyección \varphi_{INJ} referente a la operación de inyección
INJ, que normalmente se expresa en grados mecánicos y puede definir
de manera equivalente el momento en el que la inyección se debería
iniciar o, alternativamente, el momento en el que dicha inyección se
deberá terminar. En el ejemplo representado (véase las figuras 3 y
5), el avance de inyección \varphi_{INJ} define el momento
teórico en el que la inyección se deberá terminar y representa el
intervalo de tiempo que transcurre desde este momento al momento en
el que el pistón llega al punto muerto superior siguiente PMS. El
avance de inyección \varphi_{INJ} se calcula a partir del valor de
la presión en el colector de aspiración 5 estimado en el bloque 51
(es decir, P_{COLL}(PM_{N})) y del valor real de la
señal de rpm (es decir, el número de revoluciones por minuto), por
medio de algoritmos conocidos que no se representan (por ejemplo,
tablas electrónicas).
El bloque 52 va seguido después de un bloque 53
en el que se estima la presión P_{CAM}((\varphi_{INJ}) que
estará presente en el interior de la cámara de combustión 4 en el
momento correspondiente al valor del avance de inyección
(\varphi_{INJ}, es decir, en este caso, en el momento en el que
termina la inyección INJ. Esta estimación se efectúa según la
invención en base al valor de la presión
P_{COLL}(PM_{N}) estimada en el colector de aspiración 5
y en base a una función f (véase la figura 7 que proporciona el
desarrollo de la presión en la cámara de combustión 4 P_{CAMWOT}
(cuando la válvula de acelerador 19 está en un estado completamente
abierto) estandarizado al valor de presión atmosférica P_{ATM}
para variar el ángulo de rotación del motor
(0-720º).
En particular, la función f se almacena en la
unidad de control 16 y la presión P_{CAM}((\varphi_{INJ}) se
estima según la ecuación:
P_{CAM}(\varphi_{INJ})\cong
P_{COLL}(PM_{N})\cdot\frac{P_{CAMWOT}}{P_{ATM}}(\varphi_{PMS}-\varphi_{INJ})
donde \varphi_{PMS} designa la fase del punto
muerto superior PMS con respecto al que se ha determinado el avance
de inyección \varphi_{INJ}. \varphi_{PMS} es claramente igual a
360º para las operaciones de inyección INJ_{A} e INJ_{C},
mientras que es igual a 720º para la operación de inyección
INJ_{S} (véase la figura
3).
El valor estimado para la presión
P_{CAM}(\varphi_{INJ}) representa por lo tanto la
presión de la boquilla de suministro 12b del inyector 12 al final
de la operación de inyección INJ.
La salida del bloque 53 va seguida de un bloque
54 en el que la unidad de control 16 detecta el valor real de la
presión P_{FUEL}presente en el interior del colector de
combustible 11 por medio de la conexión con el sensor 24 (figura
1). Como se conoce, la presión P_{FUEL} es muestreada por la
unidad de control con un tiempo de muestreo fijo, en general igual
a 4 msegundos. El valor real de la presión P_{FUEL} representa en
consecuencia el valor final muestreado por la unidad de control
16.
El bloque 54 va seguido de un bloque 55 en el que
la unidad de control 16 calcula el valor estimado para la
diferencia de presión \DeltaP_{1} presente en los extremos del
inyector 12 al final de la operación de inyección INJ en base a la
presión P_{CAM}(\varphi_{INJ}) estimada y a la presión
P_{FUEL}medida. Este valor se obtiene restando la presión
P_{CAM}(\varphi_{INJ}) estimada en la cámara de
combustión 4 del valor de la presión P_{FUEL}detectada en el
colector de combustible 11, es decir:
\Delta P_{1} = P_{FUEL} -
P_{CAM}
(\varphi_{INJ}).
El bloque 55 va seguido de un bloque 56 en el que
la unidad de control 16 calcula el valor del caudal G del inyector
12 durante la inyección INJ en base al valor estimado para la
diferencia de presión \DeltaP_{1}. Este cálculo se efectúa por
medio de interpolación en curvas bidimensionales de
caudal/diferencia de presión almacenadas en la unidad de control 16
y obtenidas por medio de cálculos teóricos y pruebas experimentales
durante la fase de diseño del motor 2.
Es sabido que las variaciones del voltaje de la
batería pueden producir diferencias considerables del caudal de la
bomba de combustible que suministra al colector de combustible 11
y, en consecuencia, pueden variar el caudal del inyector 12. Para
tener también en cuenta este factor, antes de calcular el caudal G
del inyector 12, la unidad de control 16 también detecta el voltaje
de la batería V_{BAT} por medio del sensor 25 y después efectúa
interpolación en curvas tridimensionales de caudal/diferencia de
presión/voltaje. Por lo tanto, la fórmula utilizada para determinar
el caudal G del inyector es la siguiente:
G = G(\Delta P) +
G(V_{BAT}).
Por lo tanto, el caudal G del inyector se calcula
en el bloque 56 en base a la fórmula anterior, donde la diferencia
de presión \DeltaP es igual al valor \DeltaP_{1}
proporcionado por el bloque 55.
La salida del bloque 56 va seguida de un bloque
57 en el que la unidad de control 16 calcula un primer intervalo de
tiempo de suministro \Deltat_{INJ1} en base al caudal G
estimado en el bloque 55. En particular, el intervalo
\Deltat_{INJ1} se calcula añadiendo un término dado por el
cociente del valor de la cantidad de combustible a inyectarse
QB_{INJ} (calculado en el bloque 40) y el valor del caudal G del
inyector 12 (calculado en el bloque 55) y un término de desviación
t_{OFF}. El término de desviación sirve para tener en cuenta la
incidencia de cualesquiera características típicas del inyector 12
en la cantidad de combustible inyectado (por ejemplo, el retardo
con el que responde el pulso de control de la unidad de control 16,
o el tiempo de espera y el tiempo de vuelo). Este término de
desviación t_{OFF} se estima añadiendo un término
t_{OFF}(\DeltaP) obtenido de curvas bidimensionales de
tiempo/diferencia de presión a un término
t_{OFF}(V_{BAT}) obtenido de curvas bidimensionales de
tiempo/voltaje de batería. Estas curvas también se almacenan en la
unidad de control 16 y se producen por medio de cálculos teóricos y
pruebas experimentales durante la fase de diseño del motor 2.
Por lo tanto, la fórmula general usada para
calcular el intervalo de tiempo de suministro es la siguiente:
\Delta
t_{INJ}=\frac{QB_{INJ}}{G}+t_{OFF} (\Delta P)+t_{OFF}
(V_{BAT})
El intervalo \Deltat_{INJ1} se calcula
después en el bloque 57 en base a la fórmula anterior, donde
\DeltaP es igual al valor \DeltaP_{1} proporcionado por el
bloque 55.
Se deberá observar en este punto que el intervalo
\Deltat_{INJ1} representa solamente una primera estimación del
intervalo de suministro calculado partiendo del supuesto de que la
presión P_{CAM} en la cámara de combustión 4 es constante durante
la inyección (es decir igual a P_{CAM}(\varphi_{INJ})),
mientras que, en realidad, la presión P_{CAM} también puede
variar considerablemente durante la inyección.
El bloque 57 va seguido de un bloque 58 en el que
la unidad de control 16 determina la fase de inyección inicial INJ
en base al valor del avance de inyección (\varphi_{INJ} y del
intervalo de tiempo \Deltat_{INJ1}, que representa el momento
teórico inicial de la inyección (figura 5).
El bloque 58 va seguido de un bloque 59 en el que
la unidad de control 16 estima la presión
P_{CAM}(\varphi_{INJ}) que estará presente en el interior
de la cámara de combustión 4 en el momento teórico inicial de la
inyección en base a la función f (figura 7 y al valor de la fase de
inyección inicial \varphi_{INJ}.
De esta manera, las estimaciones de la presión en
la cámara de combustión 4 correspondiente a los momentos teóricos
inicial y final de la inyección están así disponibles, es decir,
los valores P_{CAM}(\varphi_{INJ}) y
P_{CAM}(\varphi_{INJ}).
El bloque 59 va seguido de un bloque 60 en el que
la unidad de control 16 calcula una estimación del valor medio
P_{CAMmean} de la presión en la cámara de combustión 4 durante la
inyección INJ, por medio de la ecuación:
P_{CAMmean}=\frac{P_{CAM}
(\varphi_{INJ})+P_{CAM}
(\varphi_{INJ})}{2}
La salida del bloque 60 va seguida de un bloque
61 en el que la unidad de control 16 calcula de nuevo el intervalo
de suministro del inyector 12 a partir del valor de la presión real
P_{FUEL}en el colector de combustible 11 y de la estimación de la
presión media P_{CAMmean} en la cámara de combustión 4, es decir,
a partir de la diferencia de presión \DeltaP_{2} = P_{FUEL} -
P_{CAMmean}. En particular, las operaciones realizadas por la
unidad de control 16 para calcular el nuevo intervalo de suministro
\Deltat_{INJprog} son exactamente las ya descritas en los
bloques 56 y 57.
Es sabido que el nuevo intervalo de suministro
\Deltat_{INJprog} representa una estimación mucho más exacta
del intervalo de suministro que la estimación proporcionada por el
intervalo \Deltat_{INJ1} a la salida del bloque 57. La
programación del intervalo de suministro \Deltat_{INJprog} se
efectúa además en el bloque 61, es decir, se programa el circuito
piloto del inyector 12, un circuito denominado por la expresión
"TPU".
Por lo tanto, la unidad de control 16 programa el
intervalo de tiempo de suministro \Deltat_{INJprog} durante el
tiempo que transcurre entre el punto muerto
PM_{N-1} y el punto muerto PM_{N} (véase la
figura 5).
El método y el circuito estimador 90 usado para
estimar el valor P_{COLL}(PM_{N}) de la presión en el
colector de aspiración 5 en el momento PM_{N} a partir de los
datos disponibles en el momento PM_{N-1} se
describirá ahora con referencia especial a la figura 8 (esta
estimación se efectúa en el bloque 51 de la figura 6).
Este método requiere el conocimiento de cinco
parámetros operativos del motor 2, es decir, el número de
revoluciones del motor rpm, la temperatura T_{AC} del
refrigerante, la temperatura T_{AR} del aire aspirado por el
colector de aspiración 5, la posición P_{FARF}de la válvula de
acelerador 19 y la presión P_{COLL}en el colector de aspiración
5. Como ya se ha indicado, los valores de estos parámetros en el
momento PM_{N-1} se utilizan para estimar el
valor de presión P_{COLL}(PM_{N}) en el momento
PM_{N}.
El circuito estimador 90 incluye un nodo de suma
91 que tiene una primera entrada de suma 91a que recibe la señal
P_{FARF}generada por el sensor 18 y una salida 91u conectada a
una entrada 92a de un circuito 92. El circuito 92 realiza una
función de transferencia A(z) que modela unos medios de
transmisión, en particular la porción del colector de aspiración 5
incluida entre la válvula de acelerador 19 y la entrada a la cámara
de combustión 4. La función de transferencia A(z) se
implementa ventajosamente por medio de un filtro numérico, en
particular un filtro de paso bajo, cuyos coeficientes son funciones
de las señales de rpm, T_{AC} y T_{AR} generadas por los
sensores respectivos 20, 23 y 22.
El circuito 90 incluye además un circuito 93 que
tiene una entrada 93a conectada a una salida 92u del circuito 92
por medio de una línea 94. La línea 94 comunica con la salida 90u
del circuito 90. El circuito 93 realiza una función de
transferencia B(z) que modela los retardos del sensor 17, que
es capaz de detectar la presión P_{COLL}en dicho colector de
aspiración 5, los retardos de acondicionamiento de señal
(filtración, conversión y procesado de la señal de presión PcoLL) y
los retardos debidos al accionamiento físico de la inyección.
La función de transferencia B(z) se
implementa ventajosamente por medio de un filtro numérico, en
particular un filtro de paso bajo, cuyos coeficientes son funciones
de las señales de rpm, T_{AC} y T_{AR} generadas por los
sensores respectivos 20, 23 y 22.
El circuito 93 tiene una salida 93u que está
conectada a una primera entrada de resta 95a de un nodo 95 que
tiene además una segunda entrada de suma 95b a la que se suministra
la señal de presión
P_{COLL}(PM_{N-1}).
El nodo de suma 95 tiene además una salida 95u
que está conectada a una entrada de un circuito de corrección 96
formado ventajosamente por una red de derivadas proporcionales
integrales (DPI) que tiene una salida 96u que comunica con una
segunda entrada 91b del nodo 91.
En la práctica, el circuito 92 recibe en su
entrada la señal P_{FARF}corregida por una señal de corrección
CORR generada por el circuito 96 y genera en su salida una señal
que estima la presión en el colector de aspiración 5 cerca del
sensor de presión 17 en el punto muerto siguiente (PM_{N}). La
señal de salida P_{COLL}(PM_{N}) del circuito 92 se
suministra después al circuito 93 que genera en su salida una señal
de presión del colector de aspiración 5 incluyendo la inercia de
respuesta del sensor de presión, los retardos del sistema y los
retardos de accionamiento. La señal de salida del circuito 93 se
compara después con la señal (real) del valor de la presión en el
colector de aspiración 5 generado por el sensor 17 de tal manera
que haya en la salida del nodo 95 una señal de error ER que después
es procesada por el circuito y que a su vez genera en su salida una
señal CORR.
Como resultado de la realimentación producida por
el circuito 96, se minimiza la señal de error ER, y la señal
P_{COLL}(PM_{N}) en la salida del circuito 92 representa
por lo tanto una medida de la presión en el colector de aspiración
5 menos los retardos del sensor, los retardos del sistema de cálculo
y los retardos de accionamiento.
El método de controlar la inyección antes
descrita permite la programación del intervalo de tiempo de
suministro con exactitud óptima, garantizando que se inyecte
exactamente la cantidad requerida de gasolina en cada operación de
inyección, independientemente de las condiciones operativas del
motor, o independientemente de si el motor está bajo condiciones
estabilizadas o transitorias.
Se deberá recalcar que el uso de la función f
(ilustrada en la figura 7) para estimar la presión en la cámara de
combustión 4 no constituye una limitación, puesto que el desarrollo
real de esta función puede ser ligeramente diferente dependiendo
del momento en el que se dispara la combustión, pero donde las
operaciones de inyección están teniendo lugar (ilustrado por las
flechas Fr), la función f se aproxima al desarrollo real de forma
óptima.
Finalmente, será claro que el método se puede
modificar o variar sin superar por lo tanto el alcance de
protección de esta invención.
Claims (13)
1. Método de controlar la inyección directa de
combustible a al menos una cámara de combustión (4) de un motor de
combustión interna (2), incluyendo el motor (2) al menos un
cilindro (3) que define dicha cámara (4), un colector de aspiración
(5) conectado al cilindro (3), al menos un colector de combustible
(11) y al menos un inyector (12) que conecta el colector de
combustible (11) a dicha cámara (4) para inyectar el combustible
directamente a la misma, caracterizándose el método porque,
para efectuar una operación de inyección genérica (INJ) en relación
a una primera carrera (C) del cilindro comenzando en un primer
punto muerto (PM_{N}), incluye los pasos siguientes:
a) calcular (40) la cantidad de combustible
(QB_{INJ}) a inyectar;
b) estimar (51) durante una segunda carrera (A)
del cilindro que precede a dicha primera carrera (C) la presión
(P_{COLL}(PM_{N})) que estará presente en el colector de
aspiración (5) en el primer punto muerto (PM_{N});
c) estimar (52) un avance de inyección
(\varphi_{INJ}) para dicha inyección (INJ) en base a la
estimación de la presión (P_{COLL}(PM_{N})) en el
colector de aspiración (5);
d) detectar (54) la presión (P_{FUEL}) en el
colector de combustible (11);
e) estimar (53, 55, 56, 57, 58, 59, 60) la
presión media (P_{CAMmean}) que estará presente en la cámara de
combustión (4) durante la inyección (INJ) en base a las
estimaciones efectuadas en los pasos b) y c) y en base a una función
(f) representativa del desarrollo de la presión en la cámara de
combustión (4) bajo condiciones operativas de referencia del
motor;
f) estimar (61) el caudal medio (G) del inyector
(12) durante la inyección (INJ) en base a la diferencia de presión
(\DeltaP2) entre la presión (P_{FUEL}) detectada en el colector
de combustible (11) y la presión media (P_{CAMmean}) estimada en
la cámara de combustión (4), y
g) calcular y programar (61) un intervalo de
suministro (At_{INJprog}) para el inyector (12) en base al caudal
medio (G) estimado y a la cantidad de combustible (QB_{INJ})
calculada.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha segunda carrera (A) del cilindro
es la carrera del cilindro que precede inmediatamente a dicha
primera carrera (C) y comienza en un segundo punto muerto
(PM_{N-1}) del cilindro, realizándose dichos pasos
b), c), d), e), f) y g) en el tiempo que transcurre entre el
segundo punto muerto (PM_{N-1}) y el primer punto
muerto (PM_{N}).
3. Método según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho paso b) estima la presión
(P_{COLL}(PM_{N})) en el colector de aspiración (5) en
el primer punto muerto (PM_{N}) en base a los valores medidos en
el segundo punto muerto (PM_{N-1}) para una
pluralidad de cantidades físicas medidas en el motor.
4. Método según la reivindicación 3,
caracterizado porque dichas cantidades físicas incluyen el
número de revoluciones (rpm) del motor (2), la temperatura
(T_{AC}) del refrigerante, la posición (P_{FARF}) de la válvula
de acelerador (19), la presión (P_{COLL}) del aire aspirado por el
colector de aspiración (5) y la temperatura (T_{AR}) del aire
aspirado por el colector de aspiración (5).
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque dicho paso c)
estima (52) dicho avance de inyección (\varphi_{INJ}) en base a
la estimación de la presión (P_{COLL}(PM_{N})) en el
colector de aspiración (5) y en base al valor del número de
revoluciones (rpm) del motor medido en el segundo punto muerto
(PM_{N-1}).
6. Método según la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho avance de inyección
(\varphi_{INJ}) define el momento teórico final de dicha
inyección (INJ).
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho paso
e) de estimar el valor medio (P_{CAMmean}) de la presión en la
cámara de combustión (4) incluye los pasos secundarios
siguientes:
e1) estimar (53) la presión
((P_{CAM}(\varphi_{INJ})) que estará presente en el
interior de la cámara de combustión (4) en correspondencia con
dicho avance de inyección (\varphi_{INJ}) en base al valor
estimado para la presión en el colector de aspiración (5) y de
dicha función (f) representativa del desarrollo de la presión en la
cámara de combustión (4), definiendo dicho avance de inyección
(\varphi_{INJ}) un final teórico de la inyección (INJ);
e2) estimar (55, 56, 57, 58, 59) la presión
((P_{CAM}(\varphi_{INJ})) que estará presente en la
cámara de combustión (4) en correspondencia con una fase de
inyección (\varphi_{INJ}) que define el otro extremo teórico de la
inyección (INJ), y
e3) calcular la media (60) de los dos valores de
presión (P_{CAM}(\varphi_{INJ}),
P_{CAM}(\varphi_{INJ})) estimados en los pasos
secundarios e1) y e2).
\newpage
8. Método según la reivindicación 7,
caracterizado porque la estimación en el paso secundario e2)
se efectúa realizando las operaciones siguientes:
e21) calcular (55) una diferencia de presión
(\DeltaP_{1}) presente en los extremos del inyector (12)
restando la presión ((P_{CAM}(\varphi_{INJ})) estimada
en el paso secundario el) de la presión (P_{FUEL}) detectada en el
colector de combustible (11);
e22) estimar (56) el caudal (G) del inyector (12)
durante la inyección (INJ) en base a la diferencia de presión
(\DeltaP_{1}) calculada según la operación e22);
e23) calcular (57) una primera estimación del
intervalo de suministro (\Deltat_{1NJ1}) para el inyector (12)
en base al caudal estimado para el inyector (12) en la operación
e22) y en base a la cantidad de combustible (QB_{INJ})
calculada;
e24) calcular (58) dicha fase de inyección (INJ)
en base a dicha primera estimación del intervalo de suministro
(\Deltat_{1NJ1}) y de dicho avance de inyección
(\varphi_{INJ}), y
e25) estimar (59) la presión
((P_{CAM}(\varphi_{INJ})) que estará presente en la
cámara de combustión (4) en correspondencia con la fase de
inyección (\varphi_{INJ}) en base a dicha presión estimada en el
colector de aspiración (5) y de dicha función (f) representativa
del desarrollo de la presión en la cámara de combustión (4).
9. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
función (f) proporciona el desarrollo de la presión en la cámara de
combustión (4) estandarizado al valor de presión atmosférica para
variar el ángulo de rotación del motor cuando la válvula de
acelerador (19) está en un estado completamente abierto.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye
además el paso siguiente de medir el voltaje de la batería
(V_{BAT}) del motor (2) antes de estimar dicho caudal medio (G)
del inyector (12).
11. Método según la reivindicación 10,
caracterizado porque dicho valor del caudal medio (G) del
inyector (12) durante la inyección (INJ) se calcula tanto en base a
la diferencia de presión (\DeltaP_{2}) entre la presión
(P_{FUEL}) detectada en el colector de combustible (11) como la
presión media (P_{CAMmean}) estimada en la cámara de combustión
(4) y en base a dicho valor (V_{BAT}) medido para el voltaje de
la batería.
12. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
valor del intervalo de suministro (\Deltat_{INJprog}) se
calcula dividiendo la cantidad de combustible (QB_{INJ})
calculada por dicho caudal (G) estimado para el inyector (12).
13. Método según la reivindicación 10 o la
reivindicación 11, caracterizado porque dicho valor del
intervalo de suministro (\Deltat_{INJprog}) se calcula
dividiendo la cantidad de combustible (QB_{INJ}) calculada por
dicho caudal (G) estimado para el inyector (12) y añadiendo a este
cociente un primer valor de desviación (t_{OFF}(\DeltaP))
y un segundo valor de desviación (T_{OFF}(V_{BAT})),
estimándose el primer valor de desviación
(T_{OFF}(\DeltaP)) en base a dicho valor medio
(\DeltaP) de la diferencia de presión en los extremos del inyector
(12), y estimándose el segundo valor de desviación
(t_{OFF}(V_{BAT})) en base al valor medido para el
voltaje de la batería (V_{BAT}).
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