ES2228659T3 - Procedimiento para el control del arranque de un motor de combustion interna y con inyeccion directa. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el control del arranque de un motor de combustión interna, con inyección directa del carburante de alimentación suministrado a dicho motor por medios de puesta bajo presión (2, 5) de dicho carburante, según el cual durante dicho arranque, a) se vigila la temperatura T del motor y la presión (P) del carburante suministrado por dichos medios de puesta bajo presión, b) si la temperatura T es menor que una temperatura de umbral Ts, predeterminada, se establece un modo de arranque del motor con un carburante a alta presión desde el momento en que la presión (P) sea mayor que una presión de umbral Ps1 predeterminada, y c) se establece un modo de arranque del motor con un carburante a baja presión si T > Ts, caracterizado porque, en modo de arranque con un carburante a alta presión, si la presión de carburante permanece superior a un umbral Ps2 predeteminado, menor que el umbral Ps1, se calcula una cantidad de carburante Q1 a inyectar en cada cilindro del motor y se deduce una duración (ti) del tiempo de apertura del inyector considerado, así como el instante de apertura del inyector (6i) propio para permitir el cierre de dicho inyector (6i) con válvulas cerradas, en fase con una posición angular del cigüeñal del motor, avanzada un ángulo 1 predeterminado sobre el instante del encendido de la mezcla aire/carburante.

Description

Procedimiento para el control del arranque de un motor de combustión interna y con inyección directa.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el control del arranque de un motor de combustión interna, con inyección directa de un carburante de alimentación suministrado al motor a través de medio de puesta a presión de dicho carburante.

En la figura 1, del dibujo adjunto, se ha representado un dispositivo para la alimentación de carburante de un motor de combustión interna con inyección directa, de un tipo conocido, que comprende un depósito 1 de carburante, una bomba eléctrica 2, alimentada por el depósito 1 y asociada con un regulador de presión 3, para suministrar carburante a una segunda bomba, a través de un filtro 4, siendo llevado el carburante, suministrado a la bomba 2, a un primer nivel de presión mayor que la presión atmosférica, pero relativamente baja, de donde se deriva el nombre de "bomba de baja presión" dado a la bomba 2. La segunda bomba 5, arrastrada mecánicamente por el motor, eleva todavía más la presión del carburante, hasta un segundo nivel, mayor que el primero, conveniente para la alimentación de inyectores de carburantes 6_{1}, 6_{2}, 6_{3}, 6_{4} montados sobre la rampa 7 para la alimentación con carburante de los cilindros del motor de combustión interna con inyección directa (no representado).

La presión del carburante suministrado a la bomba 5, denominada "bomba de alta presión" está fijada por un regulador electromagnético 8, tal como una electroválvula, controlada por un ordenador 9. En éste último caso, un captador 10 suministra al ordenador 9 una señal representativa de la presión P del carburante contenido en la rampa 7, para permitir que el ordenador asegure la regulación de la presión del carburante en ésta rampa al nivel predeterminado, requerido, del orden de 50 a 100 bares. El ordenador 9 está constituido, corrientemente, por un ordenador de gestión del funcionamiento del motor, que controla, entre otras cosas, los inyectores 6_{i} (i de 1 a 4 en el ejemplo representado) y principalmente el tiempo de apertura de los mismos.

El carburante, no suministrado por los inyectores 6_{i} es devuelto hasta el depósito por un conducto 11, 12, que se encuentra a la presión atmosférica.

Según un procedimiento conocido de arranque de un motor de combustión interna con inyección directa, alimentado con el dispositivo representado en la figura 1, éste arranque se opera con un carburante suministrado a los inyectores 6_{i} del motor a una presión relativamente baja (4 a 5 bares), que se alcanza rápidamente por la bomba de baja presión, que, accionada eléctricamente, puede ser alimentada desde el momento de la puesta a baja tensión (contacto) del vehículo, antes del lanzamiento del motor. En el caso de un motor de combustión interna con inyección directa, sin embargo, un arranque a baja presión de carburante obliga a recurrir a una mezcla aire/carburante de riqueza mucho mayor que la de una mezcla estequiométrica, del orden de 10 veces mayor, no siendo óptima la composición de ésta mezcla al nivel de las bujías, de manera clásica dispuestas en los cilindros del motor para el encendido, en un motor de éste tipo, concebido para ser alimentado normalmente con carburante a alta presión, mayor que 50 bares. De aquí resultan tiempos de arranque del motor demasiado prolongados, principalmente en los medios ambientes a temperatura baja o muy baja, y una cantidad importante de hidrocarburos no quemados en los gases de escape del motor, durante el arranque de éste.

La presente invención tiene precisamente por objeto proporcionar un procedimiento de control del arranque de un motor de combustión interna con inyección directa, que no presenta éstos inconvenientes y que, en particular, permite reducir el tiempo de arranque del motor a temperaturas bajas y muy bajas, al mismo tiempo que se reduce entonces la producción de hidrocarburos no quemados.

Éste objetivo de la invención se alcanza, así como otro que se pondrán de manifiesto por la lectura de la descripción que sigue, con un procedimiento de control del arranque de un motor de combustión interna, con inyección directa de un carburante de alimentación suministrado a dicho motor a través de medios de puesta en presión de dicho carburante, caracterizándose éste procedimiento porque durante dicho arranque, a) se vigila la temperatura T del motor y la presión P del carburante suministrado por dichos medios de puesta en presión, b) si T es menor que una temperatura de umbral T_{s} predeterminada, se establece un modo de arranque del motor con un carburante a alta presión desde el momento en que la presión P se haga mayor que una presión de umbral P_{s1} predeterminada, y c) se establece un modo de arranque del motor con un carburante a baja presión si T > T_{s}.

Como se verá más adelante, cuando se arranca normalmente de éste modo el motor con carburante a alta presión en lugar de hacer, de manera clásica, a baja presión, se alcanzan los objetivos enunciados anteriormente.

Según otra característica del procedimiento de la invención, en el modo de arranque con un carburante a alta presión, si la presión del carburante permanece mayor que un umbral P_{s2} predeterminado, menor que el umbral P_{s1}, se calcula una cantidad de carburante a ser inyectada en cada cilindro del motor, deduciéndose una duración del tiempo de apertura del inyector considerado, así como el instante de apertura del inyector propio para permitir el cierre de dicho inyector, en fase con una posición angular del cigüeñal del motor avanzada un ángulo predeterminado sobre el instante del encendido de la mezcla aire/carburante.

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

la figura 1 es un esquema de un dispositivo de alimentación de carburante de un motor de combustión interna con inyección directa, descrito en el preámbulo de la presente descripción, y

las figuras 2 y 3 son conjuntos de gráficos que ilustran modos de arranque de éste motor a alta y a baja presión, respectivamente, del carburante de alimentación del motor.

En la figura 2 del dibujo adjunto, se han representado gráficos que ilustran, en fase de arranque del motor, la evolución del régimen N de éste motor, de la presión P del carburante suministrado al motor, de la cantidad Q de carburante inyectado y de la fase \varphi del fin de la inyección del carburante, en una situación de arranque del motor con un carburante a alta presión, según la presente invención.

El ordenador 9 de gestión del funcionamiento del motor está encargado de la ejecución de la estrategia de control del arranque de éste motor según la presente invención. Éste recibe, de manera clásica, diversas señales necesarias para la gestión del motor y, principalmente, la señal P suministrado por el captador 10 de presión del carburante (véase la figura 1), una señal N representativa del régimen del motor y una señal T representativa de la temperatura del motor normalmente suministrada por un captador (no representado) de la temperatura del agua de refrigeración de éste motor. El ordenador 9 determina, por otra parte, los instantes de apertura y de cierre de los inyectores 6_{i} para regular las cantidades de carburante inyectadas en los cilindros del motor así como la fase de éstos inyectores de carburante y, principalmente, la \varphi del final de la inyección.

El ordenador 9 está debidamente programado para ejecutar la estrategia de arranque del motor según la presente invención, que se describirá a ahora en relación sucesivamente con los gráficos de las figuras 2 y 3.

Como se he representado en la figura 2, en el momento de la puesta en marcha del motor en el instante t_{0}, clásicamente realizada por un arrancador eléctrico, el régimen N del motor pasa a un valor no nulo y la presión P del carburante comienza a crecer.

Según una característica importante de la presente invención si, entonces, la temperatura T del motor es menor que una temperatura de umbral predeterminada, por ejemplo T_{s} = 40ºC, significativa de un "arranque en frío" del motor, el ordenador 9 ejecuta una estrategia de arranque del motor en modo denominado con "alta presión" de carburante.

Según ésta estrategia, desde que, en el instante t_{1} la presión P del carburante sobrepasa un umbral predeterminado P_{s1} tal que P_{s1} = 30 bares por ejemplo, que garantiza una buena calidad de pulverización de éste carburante en los inyectores 6_{i}, la inyección del carburante en el motor comienza, estando fijada la cantidad inyectada un nivel Q_{1} que corresponde a una riqueza relativamente de la mezcla aire/carburante (del orden de 5 veces la riqueza estequiométrica a T = 20º, es decir un riqueza igual a la mitad de la necesaria a baja presión), como es conveniente para la alimentación de un motor de combustión interna con inyección directa de carburante a alta presión (normalmente 50 bares o por encima de éste valor).

El ordenador 9 continúa vigilando las evoluciones de presión P de carburante tras el instante t_{0}. La estrategia aplicada a partir del instante t_{1} permanece inalterada incluso si ésta presión cae, como se ha representado en trazo continuo, por debajo del valor de umbral P_{s1}, en tanto en cuanto sin embargo no descienda por debajo de otro umbral predeterminado P_{s2} (en la parte del gráfico en trazo discontinuo), fijada en 10 bares por ejemplo.

Si se sobrepasa el umbral P_{s2}, el ordenador abandona la estrategia de arranque a alta presión del carburante descrita anteriormente, no pudiendo ser asegurada la alta presión necesaria, durante la fase de arranque considerada, por los medios de puesta en presión utilizados. Una situación de éste tipo puede deberse, por ejemplo, a una dificultad de cebado de la bomba a alta presión o a una cantidad de gasolina a ser inyectada mayor que el caudal de la bomba de alta presión.

El ordenador 9 retorna entonces a una estrategia de arranque a baja presión de carburante, que implica un enriquecimiento de la mezcla aire/carburante y por lo tanto un aumento de la cantidad Q de carburante inyectado, desde Q_{1} hasta Q_{2} (véase la parte del gráfico en trazo discontinuo).

La estrategia descrita anteriormente es específica para la fase de arranque del motor, de duración (t_{2}-t_{0}). Después del instante t_{2}, las cantidades de carburante inyectadas y la fase de inyección de éstas cantidades son reguladas y controladas de manera secuencial por "cartografías" clásicas, cuyas magnitudes de entrada son, por ejemplo, la presión de aire admitido en el motor y el régimen de éste motor.

Durante la fase de arranque (t_{0}, t_{2}), se determina la fase de las inyecciones de carburante de la manera siguiente: el ordenador determina la cantidad de gasolina Q_{1} a ser inyectada y una duración t_{1} de apertura del inyector correspondiente. El ordenador determina, a continuación, los instantes de apertura y de cierre del inyector de manera que la fase de inyección se termine antes de la excitación de la bujía de encendido de la mezcla aire/carburante.

Se sabe que el instante de éste encendido está marcado, de manera clásica, en un cilindro motor correspondiente con una rotación de 720º del cigüeñal asociado con el motor (para un motor de cuatro cilindros) por el ángulo de avance del encendido \alpha, medido con relación al paso por el punto muerto alto del pistón, al final del tiempo e compresión del cilindro correspondiente. En ésta marca angular, se determina el instante t_{1} de desconexión de la inyección en función de la duración t_{i} de apertura del inyector, de tal manera que el instante de cierre del mismo se produzca cuando el cigüeñal alcance una posición de avance con un ángulo \alpha + \varphi sobre el del punto muerto alto.

La inyección se opera, en un motor de combustión interna de inyección directa, durante los tiempos de admisión y, eventualmente, de compresión de la mezcla aire/carburante en el cilindro considerado, se interrumpe la inyección, en arranque a alta presión de carburante según la invención, en la fase de compresión de la mezcla \varphi = \varphi_{1}), estando cerradas entonces las válvulas de admisión del cilindro, y esto hasta que la presión del carburante sea suficiente para que pueda ser inyectado en los cilindros teniendo en cuenta la presión creciente que reina en éstos, o bien hasta que la presión de carburante a inyectar sea mayor que 10 bares, por ejemplo.

Por debajo de ésta presión se retorna, según la invención, a un modo de funcionamiento adaptado a un carburante suministrado a baja presión, como se ha ilustrado en trazo discontinuo en los gráficos de la figura 2, a partir del instante t'_{1}. La inyección de carburante se detiene entonces antes (\varphi = \varphi_{2}) durante el tiempo de admisión de la mezcla aire/carburante, permaneciendo ésta sensiblemente a la presión atmosférica, estando abiertas las válvulas.

Como se ha representado en la figura 2, el paso desde la fase \varphi_{1} hasta la fase \varphi_{2} se hace por tramos intermedios, incrementados regularmente durante pasos sucesivos de la rotación del cigüeñal del motor, de 50º por ejemplo, para evitar amplificar la caída de presión del carburante.

El arranque del motor de combustión interna con inyección directa a alta presión de carburante permite asegurar combustiones de buena calidad merced a la composición de la mezcla aire/carburante en las proximidades de la bujía que se puede obtener con un carburante a alta presión. Éstas buenas combustiones permiten reducir el tiempo de arranque del motor a temperatura bajas y muy bajas, por debajo de 1 a 2
segundos, por ejemplo. Éstas permiten, además, reducir la cantidad de hidrocarburos no quemados transportados por los gases de escape y por lo tanto la contaminación del medio ambiente por éstos gases.

La solicitante ha observado que, durante un arranque en frío, desde las primeras vueltas del motor, la bomba a alta presión 5 puede suministrar una presión de carburante suficiente como para asegurar una pulverización conveniente del carburante en los cilindros del motor, aportando las ventajas anteriormente citadas.

Por el contrario, en el caso de un arranque en caliente (T > T_{s}), las exigencias de los pliegos de condiciones son mucho más severas con relación al tiempo de arranque, requiriendo, en general, que éste tenga lugar en menos de medio segundo. En éste caso, las primeras vueltas requeridas para proporcionar una alta presión del carburante conveniente exceden de la duración permitida. Además, los riesgos de generación de vapores de carburante a la entrada de la bomba de alta presión son susceptibles de retardar todavía más el arranque.

La solución empleada, de manera clásica, en inyección directa, que consiste en inyectar simultáneamente aguas arriba de cada cilindro una cantidad predeterminada de carburante, se ha revelado inadaptada en el caso de un motor con inyección directa. En efecto, la inyección de carburante se efectúa directamente en el cilindro, sin beneficiarse de la barrera de las válvulas de admisión para realizar una distribución adecuada, expulsado los cilindros en fase de descompresión o de escape éste carburante hacia el escape, generando así una contaminación por hidrocarburos no quemados.

Según la invención, se elige entonces una estrategia de arranque a baja presión en la que, desde el momento de la puesta en tensión (contacto) del vehículo, se acciona el regulador electromagnético 8 (figura 1) y la bomba de baja presión 2 de manera que se establezca en el circuito de carburante una circulación de carburante bajo presión máxima autorizada por la bomba 2 y el regulador de presión 3. Ventajosamente, en una variante del dispositivo de alimentación de la figura 1, en la que el conducto 11 de retorno del carburante procedente de la rampa de inyectores está conectado aguas arriba del regulador 3, es suficiente con accionar el regulador electromagnético 8 con apertura completa. Éste accionamiento está representado por el trazo discontinuo del gráfico P de la figura 3.

En paralelo, y desde el momento de la puesta en rotación del motor, en el instante t_{0}, el ordenador 9 determina una cantidad Q_{3} de carburante a ser inyectada y la duración correspondiente T_{i} de apertura de los inyectores. Simultáneamente, se observan las señales que indican la posición angular del motor, es decir de manera clásica la señal de un captador que indica una singularidad sobre una diana conectada con el cigüeñal y la de un captador que da la posición del árbol de levas. Desde el momento de la aparición de una marca sobre una cualquiera de éstas señales, se puede estimar cual será el próximo cilindro en fase de admisión, y el instante de apertura de la válvula de admisión correspondiente. En efecto, existe una relación mecánica por construcción entre el cigüeñal y/o el árbol de levas y las válvulas. Entonces se acciona la inyección de éste cilindro a partir de la apertura de la válvula y durante la duración t_{i}. La inyección de carburante se opera de manera secuencial, con válvula de admisión abierta, en los cilindros siguientes, con un desfasado angular programable (que corresponde al número de cilindros del motor) con relación a la marca considerada, durante al menos un ciclomotor. Éste procedimiento permite, si se observa la primera aparición de la señal "árbol de levas" o "cigüeñal", realizar una primera inyección con un avance medio de una semivuelta motor (para un motor de cuatro cilindros) con relación a los métodos de sincronización clásicos y, por lo tanto, ganar aproximadamente medio segundo sobre la duración de la fase de arranque.

Un arranque en caliente a baja presión de carburante es, igualmente, más rápido que un arranque a alta presión, en caliente, puesto que permite barrer eventuales vapores de carburante presentes en la bomba de alta presión, que perturbarían por otro lado el funcionamiento de ésta bomba.

El tiempo de inyección t_{i} es función de diversos parámetros clásicos: régimen motor N, presión del aire admitido, temperatura del agua de refrigeración, presión del carburante y, según la presente invención, del modo de arranque elegido: alta presión o baja presión, siendo la cantidad de carburante a ser inyectada ventajosamente menor en arranque a alta presión.

Según la invención, se sale de la fase de arranque en el instante t_{2} (véase las figuras 2 y 3) mediante un procedimiento común a un arranque a alta presión o a baja presión. Ésta salida se hace, de éste modo, cuando se franquea un umbral para el régimen N, o al cabo de un intervalo de tiempo predeterminado.

Después de la salida de la fase de arranque, el ordenador 9 utiliza cartografías clásicas para determinar la cantidad de carburante a ser inyectada y los instantes de apertura y de cierre de los inyectores, teniendo éstas cartografías como entradas, por ejemplo, la presión de aire admitido en el motor y el régimen N de éste motor. La transición hacia ésta cantidad de carburante Q cartografiada se hace por disminución progresiva por incrementos de la cantidad calculada para la fase de arranque.

Claims (4)

1. Procedimiento para el control del arranque de un motor de combustión interna, con inyección directa del carburante de alimentación suministrado a dicho motor por medios de puesta bajo presión (2, 5) de dicho carburante, según el cual durante dicho arranque,

a)

se vigila la temperatura T del motor y la presión (P) del carburante suministrado por dichos medios de puesta bajo presión,

b)

si la temperatura T es menor que una temperatura de umbral T_{s}, predeterminada, se establece un modo de arranque del motor con un carburante a alta presión desde el momento en que la presión (P) sea mayor que una presión de umbral P_{s1} predeterminada, y

c)

se establece un modo de arranque del motor con un carburante a baja presión si T > T_{s},

caracterizado porque, en modo de arranque con un carburante a alta presión, si la presión de carburante permanece superior a un umbral P_{s2} predeteminado, menor que el umbral P_{s1}, se calcula una cantidad de carburante Q_{1} a inyectar en cada cilindro del motor y se deduce una duración (t_{i}) del tiempo de apertura del inyector considerado, así como el instante de apertura del inyector (6_{i}) propio para permitir el cierre de dicho inyector (6_{i}) con válvulas cerradas, en fase con una posición angular del cigüeñal del motor, avanzada un ángulo \varphi_{1} predeterminado sobre el instante del encendido de la mezcla aire/carburante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, en modo de arranque con un carburante a alta presión, si la presión (P) del carburante cae por debajo de un umbral P_{s2} predeterminado, menor que el umbral P_{s1}, se retorna a un arranque del motor con un carburante a baja presión.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque, cuando se retorna al arranque del motor con un carburante a baja presión, se calcula la cantidad (Q_{2}) de carburante a ser inyectado a baja presión, se inyecta de manera secuencial dicha cantidad en los cilindros del motor, eligiéndose la duración (t_{i}) de dicha inyección y el instante de apertura de cada inyector de tal manera que el cierre del inyector se produzca con las válvulas abiertas, en fase con una posición angular del cigüeñal del motor avanzada un ángulo (\varphi_{2}) predeterminada sobre la del instante de encendido de la mezcla aire/carburante.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa (c), se acciona una inyección secuencial del carburante en los cilindros del motor, en fase con la apertura de la válvula de admisión del primer cilindro.