ES2218449T3 - Procedimiento para el accionamiento de la cantidad de carburante inyectado en un motor de combustion interna con inyeccion directa. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el accionamiento de la cantidad de carburante (Q), inyectada en un motor de combustión interna con inyección directa, mediante un inyector alimentado con carburante bajo presión (Pcarb), iniciándose la apertura de dicho inyector electromagnéticamente por alimentación de un bobinado eléctrico, que forma parte del inyector, según un perfil de corriente predeterminado, en el que: - se acciona la alimentación del bobinado, con el fin de obtener un pico de corriente de una duración determinada (T1), siendo dicha duración (T1) del citado pico de corriente, una función creciente de la citada presión (Pcarb) del carburante. caracterizándose éste procedimiento porque: - se acciona, a continuación, una disminución rápida de la intensidad de la corriente, siendo la duración (T2) de la citada disminución, función de dicha duración (T1) y de la tensión de la fuente de energía eléctrica, que alimenta dicho inyector, y - se estabiliza la corriente, durante un tiempo de mantenimientopredeterminado, a un valor sensiblemente constante que es función creciente de la presión del carburante (Pcarb).

Description

Procedimiento para el accionamiento de la cantidad de carburante inyectado en un motor de combustión interna con inyección directa.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el accionamiento de la cantidad de carburante inyectado en un motor de combustión interna con inyección directa. De una manera más particular, la invención se refiere a un procedimiento de éste tipo, realizado por medio de un inyector alimentado con carburante bajo presión, iniciándose la apertura de dicho inyector electromagnéticamente mediante la alimentación de un bobinado eléctrico, que forma parte del inyector, con un pico de corriente de duración predeterminada.

Los inyectores de carburante con accionamiento electromagnético son perfectamente conocidos, igual que el procedimiento para el accionamiento de un inyector de éste tipo, evocado anteriormente (véase por ejemplo la patente USA 5 381 297). Se sabe que un inyector de éste tipo comprende una aguja, móvil bajo la acción de un campo electromagnético, desarrollado por un bobinado eléctrico, alimentado por una corriente conveniente, entre una posición en la que una extremidad de ésta aguja obtura una abertura horadada en un asiento, que define un pasaje para un carburante a ser inyectado en un cilindro de motor de combustión interna, y una posición en la que la aguja libera ésta abertura para permitir dicha inyección. En reposo, la aguja está cargada contra su asiento por un resorte de calibrado y por la presión del carburante admitido en el inyector. Para vencer ésta cara, y permitir la apertura del inyector, es necesario alimentar el bobinado, de manera transitoria, con una corriente de gran intensidad, del orden de una decena de amperios por ejemplo, estando seguido el pico de corriente, aplicado de éste modo, por la aplicación de una corriente más pequeña, que asegure el mantenimiento de la apertura del inyector durante un tiempo modulado en función de la cantidad de carburante a ser inyectado.

En la actualidad, cuando se utiliza un inyector de éste tipo, para alimentar con gasolina un cilindro de un motor de combustión interna de inyección directa, se desea disponer de una posibilidad de reglaje de ésta cantidad de carburante dentro de un amplio intervalo. En efecto, cuando un motor de éste tipo funciona a baja carga con una mezcla de aire/carburante pobre en carburante y estratificado, la cantidad de gasolina a ser inyectada debe ser muy pequeña. Por el contrario, en régimen elevado y a plena carga, es necesario inyectar en el motor una cantidad importante de gasolina, en un tiempo muy corto, menor que 5 ms a 6.000 rpm. La relación entre los caudales de carburante extremos, o "dinámica" del inyector debe ser entonces muy elevada, ventajosamente del orden de 20.

Para aproximarse a éste valor se ha propuesto aumentar la presión de la gasolina suministrada al inyector cuando éste debe suministrar una gran cantidad de gasolina. De éste modo, por ejemplo, se alimenta al inyector con gasolina a la presión de 50 bares para pequeñas cantidades de gasolina a ser inyectada, y de 110 bares para cantidades grandes. De éste modo se ha podido obtener una dinámica de 15 aproximadamente, considerada todavía como insuficiente.

El mejor estado de la técnica está representado por la patente EP 0 893 594, que divulga el preámbulo de la reivindicación 1.

Así pues, la presente invención tiene por objetivo suministrar un procedimiento para el accionamiento de la cantidad de carburante inyectado en un motor de combustión interna, con inyección directa, por un inyector con elevada dinámica, de forma típica del orden de 20.

Éste objetivo de la invención se alcanza, así como otros que se pondrán de manifiesto por la lectura de la descripción que sigue, con un procedimiento de accionamiento de la cantidad de carburante inyectada en un motor de combustión interna con inyección directa, por medio de un inyector alimentado con carburante bajo presión, iniciándose la apertura de dicho inyector electromagnéticamente por alimentación de un bobinado eléctrico, que forma parte del inyector, con un pico de corriente predeterminado, caracterizándose éste procedimiento porque dicha duración del citado pico de corriente es función creciente de la citada presión del carburante.

Como se verá más adelante, éste procedimiento permite ampliar el intervalo de los valores de las cantidades de carburante inyectadas, tanto en el caso de las cantidades muy pequeñas como en el caso de las cantidades mayores.

Según otra característica del procedimiento según la invención, la duración de dicho pico de corriente es también función creciente de la duración de un tiempo de apertura predeterminado de dicho inyector.

Otras características y ventajas de la presente invención, se pondrán de manifiesto por la lectura de la descripción que sigue y del examen del dibujo adjunto en el que:

- la figura 1 es un gráfico que muestra la evolución temporal 1) de la corriente en el bobinado de un inyector accionado según la presente invención para regular el tiempo de apertura del inyector, y 2) de una señal lógica de accionamiento del inyector, y

- la figura 2 representa gráficos que muestran la evolución de la cantidad del carburante suministrado por el inyector en función de la duración de su tiempo de apertura, en diferentes condiciones de funcionamiento de éste inyector, permitiendo éstos gráficos ilustrar y explicar las características del procedimiento de accionamiento según la invención.

Con referencia a la figura 1 del dibujo adjunto, en la que se ha representado el gráfico de la evolución de la intensidad I de la corriente eléctrica, establecida por el procedimiento según la invención, en el bobinado de un inyector de carburante con accionamiento electromagnético, para abrir éste inyector y cerrarlo una vez que éste haya suministrado una cantidad Q predeterminada de gasolina a un cilindro de motor de combustión interna con inyección directa. De forma clásica, ésta cantidad está determinada por un ordenador de gestión del motor a partir de parámetros de funcionamiento de éste motor, tales como la presión de aire en la admisión del motor, el régimen de éste motor, etc. ... y de parámetros representativos de solicitaciones en par motor, ejercidas por el conductor, en un vehículo automóvil propulsado por el motor, pudiendo estar determinadas éstas solicitaciones por el grado de inserción de un pedal de acelerador, por ejemplo.

El perfil temporal de la corriente I, representado en la figura 1, es accionado y calculado por un circuito de accionamiento de inyector, alimentado a su vez por señales convenientes, emitidas por un microprocesador, que forma parte del ordenador. Para hacer esto, el microprocesador emite una señal lógica S_{L} (véase la figura 1), que define la duración total (t_{2}-t_{0}) de excitación del bobinado con la corriente I de accionamiento de apertura del inyector durante un tiempo predeterminado T_{i}, calculado por el ordenador en función de la cantidad de carburante a ser inyectado en un cilindro del motor.

La conformación general del perfil de la corriente I es clásica. De éste modo, preferentemente, durante el basculado (a t_{0}) de la señal S_{L}, que señala al circuito de accionamiento del inyector una solicitación de apertura del inyector, ejercida por el ordenador, el circuito de accionamiento envía al bobinado del inyector una corriente de "precarga", que permite almacenar energía en éste bobinado, para facilitar la apertura efectiva ulterior del inyector en un instante t_{1} predeterminado, como se verá más adelante. Para ello, la corriente en el bobinado durante el intervalo (t_{1}-t_{0}) está estabilizada con un valor sensiblemente constante, justamente suficiente para no iniciar la apertura del inyector.

La corriente de precarga se establece en éste bobinado por aplicación, entre las bornas del mismo, de una tensión dentada que da a la corriente el perfil en dientes de sierra, representado en la figura 1. Una alimentación de éste tipo, descrita en la patente US 5 381 297, anteriormente citada, es ventajosa porque aprovecha la corriente de autoinducción que se desarrolla en el bobinado del inyector, para limitar la potencia eléctrica consumida durante el pico de corriente ulterior.

En el instante t_{1}, mediante la aplicación al bobinado de un impulso de tensión de duración conveniente, el circuito de accionamiento del inyector conforma la corriente admitida en la bobina según el pico de corriente, de duración T_{1}, representado en la figura 1. El ascenso de la corriente en el bobinado es ventajosamente rápido, merced a la precarga del bobinado, y culmina, por ejemplo, con un valor de 11 amperios aproximadamente y a una tensión de 70 V aproximadamente. Ésta rapidez provoca una apertura efectiva inmediata, en el instante t_{1}, del inyector, por desprendimiento de la aguja del inyector, del asiento sobre el que está cargada por medio de un resorte y por la presión del carburante. La fuerza de desprendimiento es aplicada electromagnéticamente a ésta aguja por medio de un flujo magnético desarrollado en el bobinado (sobre cuyo eje está colocada la aguja), por el brusco ascenso de la corriente en éste bobinado en el instante t_{1}. El tiempo de apertura T_{i}, calculado previamente por el ordenador, se descuenta entonces por el circuito de accionamiento a partir del instante t_{1}, hasta el instante t_{2}, tal que t_{2}=t_{1}+T_{i}, instante en el que el inyector debe cerrarse para que la cantidad de carburante inyectada durante el intervalo de tiempo (t_{2}-t_{1}) sea conforme con la establecida por el ordenador.

Para asegurar un cierre brusco y preciso del inyector en el instante t_{2}, es conveniente que la corriente que pasa entonces a través del bobinado sea lo más baja posible. Éste es el motivo por el cuál, tras el pico de corriente de duración T_{1},la corriente es reconducida, por medio de una etapa de decrecimiento rápido de duración T_{2}, hasta un valor más bajo de algunos amperios, sin embargo suficiente para mantener el inyector abierto durante un tiempo predeterminado. La corriente I_{m}, sensiblemente constante, "de mantenimiento" se establece también por aplicación al bobinado del inyector de una tensión dentada. El tiempo T_{2} es función de T_{1} y de la tensión de la fuente de energía eléctrica que alimenta al inyector, o bien de la tensión de la batería en el caso de un motor, montado en un vehículo automóvil.

La duración T_{1} de la corriente de pico es función, de manera conocida, del tiempo de apertura T_{i} del inyector, predeterminado por el ordenador, o "tiempo de inyección". Según una característica de la presente invención, ésta duración T_{1} es función creciente, también, de la presión del carburante que alimenta al inyector.

Se hará referencia a los gráficos de la figura 2 del dibujo adjunto para explicar y para justificar ésta característica del procedimiento según la presente invención.

Se ha representado, en A, el gráfico (en trazo continuo) de la evolución de la cantidad de carburante Q (medida en miligramos por ejemplo) suministrada por el inyector, en función de la duración T_{i} del tiempo de apertura de éste inyector, en el caso clásico en el que la presión P_{carb} del carburante sea fija, del orden de 50 bares y en el caso de en que la duración T_{1} del pico de corriente de apertura del inyector también sea fija, del orden de 400 \mus, mientras que la corriente de mantenimiento I_{m} es de 3,5 A.

Éste gráfico presenta una parte lineal, en la que se puede regular la cantidad Q1 de carburante con una dinámica Q1_{max}/Q1_{min} del orden de 10, como máximo, como se ha visto más arriba.

Como se ha visto más arriba, también, cuando se aumenta la presión del carburante, por ejemplo a 110 bares (gráfico B) se puede aumentar la cantidad de carburante máxima inyectada en el caso de cargas fuertes, en régimen elevado (T_{i} es entonces del orden de 5 ms). La dinámica alcanzada es entonces del orden de 15.

Según la presente invención, se propone hacer variar la presión del carburante y la duración T_{1} del pico de corriente en función de la carga del motor.

En el caso de cargas bajas se utiliza entonces una presión de carburante moderada, del orden de 50 bares por ejemplo y un pico de corriente de duración abreviada, 200 \mus por ejemplo, con una corriente de mantenimiento de 3,5 A por ejemplo. Éstas condiciones corresponden al gráfico C (en trazos discontinuos) de la figura 2. El tarado del resorte que carga la aguja de inyección se realiza con el fin de regular el valor más bajo Q2_{min} la cantidad mínima de carburante inyectable, con el fin de aumentar la dinámica del reglaje de la cantidad de carburante, siendo éste valor Q2_{min} claramente menor que el valor correspondiente Q1_{min} obtenido cuando el tarado del resorte se ha realizado con T_{1}=400 \mus.

Se puede disminuir todavía más la cantidad mínima de carburante suministrada hasta un valor Q3_{min} < Q2_{min},indicada en el gráfico E de la figura 2, establecido en las mismas condiciones de presión de carburante (50 bares) y de duración del pico de corriente (200 \mus) que el gráfico C. Se alcanza éste resultado si se disminuye la corriente de mantenimiento como se ha ilustrado en la figura 1, por ejemplo desde 3,5 A (gráfico en trazo continuo) hasta 2,5 A (gráfico en trazo discontinuo). La disminución de la corriente, a partir del instante t_{2}, se hace con la misma pendiente en los dos casos, el gráfico en trazo discontinuo pasa por el umbral S de cierre del inyector antes que el gráfico en trazo continuo. De aquí resulta una disminución (de \Deltat) de la duración efectiva de la apertura del inyector y, por lo tanto, una reducción de la cantidad de carburante inyectado, y principalmente de la cantidad mínima Q3_{min} de carburante inyectado.

Cuando se fija de éste modo del valor de la corriente de mantenimiento cuando la presión de carburante es relativamente baja (50 bares), a un valor menor que cuando ésta presión es relativamente alta (200 bares), es decir cuando se hace crecer el valor de la corriente con la presión del carburante, se aumenta también la dinámica de reglaje de la cantidad de carburante suministrada, según el objetivo perseguido por la presente invención.

En el caso de fuertes cargas (o T_{i}\sim 5 ms) se suministra al inyector carburante a elevada presión, por ejemplo 120 bares, y se aumenta la duración del pico de corriente a T_{1}=400 \mus, estando regulada la corriente de mantenimiento a 3,5 A. La característica Q = f(T_{i}), obtenida entonces, corresponde al gráfico D de la figura 2. En éste gráfico se ve que ha aumentado en gran medida la cantidad máxima de carburante Q2_{max}suministrable por el inyector, con relación a las las cantidades dadas por los gráficos de las figuras A, B y C. Ésta cantidad máxima de carburante Q2_{max} podría aumentarse todavía de una manera más fuerte si se llevase la duración del pico de corriente a T_{1}=600 \mus por ejemplo.

Se observará que la disminución del tarado del resorte, anteriormente mencionado, permite aumentar todavía más la presión del carburante suministrable al inyector (desde 110 hasta 120 bares por ejemplo, véanse los gráficos B y D) y, sin embargo, permite la apertura de éste, lo que es favorable para el crecimiento de la dinámica del reglaje de la cantidad de carburante a ser inyectado.

De éste modo, cuando se combinan las características de inyección, definidas por los gráficos C o E, a cargas bajas del motor, con las referidas por el gráfico D a cargas elevadas del motor, se llega a la regulación de la cantidad de carburante a ser inyectado con la dinámica buscada, del orden de 20, según el objetivo enunciado en el preámbulo de la presente descripción.

El ordenador de gestión del motor calcula, en función de la carga del motor, los valores de la presión de carburante a establecer y de los tiempos T_{1}y T_{2} aplicables a cada inyección de carburante. Éstos valores T_{1}y T_{2}son transmitidos, mediante conexiones de tipo SPI o CAN, por ejemplo, al circuito de accionamiento de inyector que conforma, en consecuencia, el perfil temporal de la corriente a ser aplicada al inyector.

Evidentemente, la invención no está limitada al modo de realización descrito y representado, que no ha sido dado más que a título de ejemplo. De éste modo, la precarga, ventajosa, del bobinado previo a la aplicación del pico de corriente, no es, sin embargo, indispensable, aplicándose la invención también a un inyector alimentado con una corriente, cuyo perfil esté desprovisto de ésta precarga. Igualmente, la invención es aplicable a inyectores alimentados con carburante a presión variable como a inyectores alimentados a presión constante. En el caso de una avería de regulación de la presión de carburante, el valor alto de ésta se encuentra limitado normalmente por el tarado de una válvula de seguridad. El crecimiento, según la invención, de la duración del pico de corriente con la de la presión del carburante hasta éste valor alto, establece entonces un funcionamiento en "modo degradado" de la alimentación con carburantes de los inyectores.

Claims (4)

1. Procedimiento para el accionamiento de la cantidad de carburante (Q), inyectada en un motor de combustión interna con inyección directa, mediante un inyector alimentado con carburante bajo presión (P_{carb}), iniciándose la apertura de dicho inyector electromagnéticamente por alimentación de un bobinado eléctrico, que forma parte del inyector, según un perfil de corriente predeterminado, en el
que:

-

se acciona la alimentación del bobinado, con el fin de obtener un pico de corriente de una duración determinada (T_{1}), siendo dicha duración (T_{1}) del citado pico de corriente, una función creciente de la citada presión (P_{carb}) del carburante.

caracterizándose éste procedimiento porque:

-

se acciona, a continuación, una disminución rápida de la intensidad de la corriente, siendo la duración (T_{2}) de la citada disminución, función de dicha duración (T_{1}) y de la tensión de la fuente de energía eléctrica, que alimenta dicho inyector, y

-

se estabiliza la corriente, durante un tiempo de mantenimiento predeterminado, a un valor sensiblemente constante que es función creciente de la presión del carburante (P_{carb}).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha duración (T_{1}) de dicho pico de corriente es también función de la duración de un tiempo de apertura (T_{i}) predeterminado de dicho inyector.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la duración (T_{1}) de dicho pico de corriente pasa desde 200 \mus aproximadamente, para una presión de carburante (P_{carb}) de 50 bares aproximadamente, hasta 600 \mus aproximadamente para una presión de carburante (P_{carb}) de 120 bares aproximadamente.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se acciona una precarga de dicho bobinado, previamente a la aplicación de dicho pico de corriente.