ES2271784T3 - Metodo para controlar un inyector con verificacion de movimiento del piston. - Google Patents

Abstract

Método para controlar un inyector (2) con verifi- cación de que ha tenido lugar movimiento del pistón; pro- porcionando el método la aplicación de un voltaje varia- ble en el tiempo (Vinj) a los terminales (5, 6) de un circuito de excitación (4) del inyector (2) con el fin de hacer que una onda de corriente (linj) fluya a través de dicho circuito de excitación (4); caracterizándose el mé- todo por la detección de un voltaje de verificación (Vv) entre los terminales (5, 6) del circuito de excitación (4) una vez que la corriente (linj) a través del circuito de excitación (4) ha desaparecido al final de la fase de inyección, medición de un tiempo de verificación (Tv) du- rante el que el voltaje de verificación (Vv) es más gran- de que un primer valor umbral predeterminado (SVv) y el diagnóstico de la ausencia de movimiento del pistón si el tiempo de verificación (Tv) es menos que un segundo valor umbral predeterminado (STv).

Description

Método para controlar un inyector con verificación de movimiento del pistón.

La presente invención se refiere a un método para controlar un inyector con verificación de que ha tenido lugar movimiento del pistón.

La presente invención se aplica ventajosamente a controlar un inyector en un sistema de inyección directa de gasolina, al que la descripción siguiente hará referencia específica sin restringir consiguientemente su alcance general.

Recientemente se han introducido en el mercado motores de gasolina equipados con inyección directa de carburante, siendo éstos motores en los que la gasolina es inyectada directamente a los cilindros por inyectores adecuados, cada uno de los cuales está dispuesto en la corona de un cilindro respectivo y es movido por corriente por una unidad de control central. Generalmente, la unidad de control central es capaz de hacer que una onda de corriente variable en el tiempo fluya a través de un circuito de accionamiento de inyector, estando destinada dicha onda a generar una fuerza de naturaleza electromagnética con el fin de desplazar el pistón del inyector de una posición cerrada a una posición abierta contra la acción de un muelle que tiende a mantener el pistón en la posición cerrada.

Generalmente, una unidad de control central también implementa funciones de diagnóstico diseñadas para verificar el funcionamiento correcto de los varios componentes del motor, para indicar al conductor la necesidad de mantenimiento o usar una estrategia de control especial que tiene en cuenta los fallos o mal funcionamiento. Las varias funciones de diagnóstico previstas en una unidad de control conocida incluyen generalmente la verificación de que ha tenido lugar movimiento del pistón de cada inyector; en otros términos, para cada inyector se verifica si el pistón del inyector se ha abierto o cerrado realmente después de cada orden de inyección. Actualmente, la verificación de que se ha producido movimiento del pistón para cada inyector se lleva a cabo por medio de una estrategia de verificación por software, que es de naturaleza deductiva y se lleva a cabo en el sistema motor después de un período de tiempo relativamente largo; sin embargo, esta estrategia de verificación es lenta, algo inexacta e implica el uso de recursos de cálculo considerables.

En las unidades de control central conocidas, también es posible medir la resistencia eléctrica del circuito de excitación para cada inyector con el fin de verificar si el circuito de excitación está abierto, cortocircuitado o si el circuito de excitación tiene un terminal cortocircuitado hacia el polo positivo o negativo de la batería del vehículo; sin embargo, el pistón de un inyector podría estar atascado aunque el circuito de excitación asociado no exhiba defectos obvios y este método de verificación no permite identificar así todo posible mal funcionamiento del inyector. Además, los incrementos corrientes de las presiones de inyección de carburante van acompañados por un aumento consiguiente en las corrientes de control y así una disminución de la resistencia eléctrica del circuito de accionamiento de inyectores; de esta forma cada vez es más difícil y complicado medir la resistencia del circuito de excitación con una exactitud suficiente para diferenciar una condición de cortocircuito de una condición operativa aceptable.

DE-A-3817770 describe que la corriente a través del solenoide de inyector es supervisada para verificar el movimiento del pistón.

Finalmente, se ha propuesto usar sensores especiales apropiados (acelerométrico, presión o posicional) unidos a los inyectores con el fin de supervisar el correcto movimiento del pistón; sin embargo, esta solución es sumamente cara debido a los costos de comprar e instalar los sensores.

La finalidad de la presente invención es proporcionar un método para controlar un inyector con verificación de que ha tenido lugar el movimiento del pistón, no exhibiendo dicho método ninguna de las desventajas antes descritas y, además, siendo sencillo y económico de implementar.

La presente invención proporciona un método para controlar un inyector con verificación de que ha tenido lugar movimiento del pistón como se define en la reivindicación 1 y, preferiblemente, en alguna de las reivindicaciones posteriores directa o indirectamente dependientes de la reivindicación 1.

La presente invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran algunas de sus realizaciones no limitadoras, en los que:

La figura 1 es una vista diagramática del dispositivo de control que es la materia de la presente invención.

La figura 2 es una vista diagramática de un circuito de accionamiento del dispositivo de control en la figura 1.

La figura 3 representa el perfil de tiempo de varios parámetros eléctricos característicos del circuito de la figura 2.

Y la figura 4 es una vista diagramática de una variante del circuito de accionamiento representado en la figura 2.

En la figura 1, 1 denota el dispositivo general para controlar cuatro inyectores 2 de tipo conocido (designados en la figura 1 con los nombres INYECTOR1, INYECTOR2, INYECTOR3, INYECTOR4) de un motor de explosión 3 (representado diagramáticamente) equipado con cuatro cilindros (no representados) dispuesto en línea. Cada inyector 2 se dispone en correspondencia con la corona de un cilindro respectivo (no representado) del motor 3 de forma que inyecte una cantidad predeterminada de gasolina directamente a dicho cilindro.

Cada inyector 2 es de un tipo conocido e incluye una válvula (no representada en detalle) que controla el flujo de la gasolina inyectada y está provisto de un pistón que se puede mover entre una posición cerrada y una posición abierta; en particular, el inyector 2 está provisto de un accionador electromagnético (no representado en detalle), que es accionado por un circuito de excitación y es capaz de desplazar el pistón de la posición cerrada a la posición abierta contra la acción de un muelle (no representado), que tiende a mantener el pistón en la posición cerrada.

Como se representa en la figura 2, cada inyector 2 es movido por corriente y está provisto de un circuito de excitación 4 para el respectivo accionador electromagnético incluyendo un par de terminales 5 y 6; con el fin de accionar un inyector 2, hay que hacer que una corriente eléctrica de una intensidad predeterminada fluya a través del respectivo circuito de excitación 4. El caudal de la gasolina inyectada por cada inyector 2 durante su fase abierta es sustancialmente constante y así la cantidad de gasolina inyectada por el inyector 2 al cilindro respectivo (no representado) es directamente proporcional al tiempo de abertura de dicho inyector 2.

El dispositivo de control 1 es movido por una batería 7 del motor 3 e incluye una unidad de control 8, que está provista de un controlador 9, un convertidor 10 movido por la batería 7, una unidad de diagnóstico 11 y una etapa de potencia 12.

El controlador 9 interactúa con una unidad de control 13 (típicamente un microprocesador) del motor 3 con el fin de recibir de dicha unidad de control 13 para cada inyector 2 y para cada ciclo de motor el valor deseado del tiempo de abertura Tinj (directamente proporcional al valor deseado de la cantidad de gasolina a inyectar) y el tiempo de inicio de inyección. En base a los datos recibidos de la unidad de control 13, el controlador 9 mueve la etapa de potencia 12, que acciona cada inyector 2 pasando una corriente eléctrica predeterminada (variable en el tiempo) linj a través del respectivo circuito de excitación 4 aplicando un voltaje (variable en el tiempo) Vinj a través de los terminales correspondientes 5 y 6.

La etapa de potencia 12 recibe las señales de accionamiento del controlador 9 y es movida directamente por la batería 7 con un voltaje nominal Vbatt de 12 voltios o por el convertidor 10 con un voltaje nominal Vtank de 68 voltios (y generalmente de entre 50 y 90 voltios). El convertidor 10 es un convertidor CC/CC de un tipo conocido, que es capaz de elevar el voltaje Vbatt de la batería 7 al voltaje Vtank de 68 voltios.

La unidad de diagnóstico 11 es capaz de interactuar con el controlador 9 o con la etapa de potencia 12, de manera que verifique, de la manera a describir a continuación, el accionamiento apropiado de los inyectores 2.

Como se representa en la figura 2, la etapa de potencia 12 incluye para cada inyector 2 un circuito de control respectivo 14 que está conectado a los terminales 5 y 6 del respectivo circuito de excitación 4 y es movido por el controlador 9 con el fin de hacer que fluya una corriente predeterminada linj a través de dicho circuito de excitación 4.

Cada circuito de control 14 incluye un transistor 15 movido por el controlador 9 y capaz de conectar el terminal 5 del respectivo circuito de excitación 4 con un terminal intermedio 16 que está conectado al voltaje Vbatt de la batería 7 a través de un diodo sin retorno 17 y está conectado al voltaje Vtank del convertidor 10 a través de un transistor 1movido por el controlador 9. Cada circuito de control 14 incluye además un transistor 19 movido por el controlador 9 y capaz de conectar el terminal 6 del respectivo circuito de excitación 4 con una tierra común 20, y dos diodos de recirculación 21 y 22 conectados respectivamente entre el terminal 5 y la tierra 20 y entre el terminal 6 y el terminal intermedio 16. Según una realización preferida representada en la figura 2, los transistores 15, 18 y 19 son de tipo "MOS".

Una resistencia shunt 23 se introduce entre el transistor 19 y la tierra 20, estando provista dicha resistencia de un terminal de medición 24; midiendo el voltaje predominante a través de la resistencia 23 (es decir el voltaje presente entre el terminal de medición 24 y la tierra 20), es posible medir la intensidad de la corriente linj cuando el transistor 19 es conductor. Según otra realización, no representada, la resistencia shunt 23 está conectada directamente al terminal 5 con el fin de medir la intensidad de la corriente linj de forma continua.

Como se representa en las figuras 2 y 3, una fase de inyección de un inyector 2 se describirá ahora con referencia particular al perfil de tiempo de la corriente linj que fluye a través de los terminales 5 y 6 del respectivo circuito de excitación 4 y el perfil de tiempo del voltaje Vinj a través de dichos terminales 5 y 6.

Inicialmente, todos los transistores 15, 18 y 19 están desactivados, el circuito de excitación 4 está aislado, la corriente linj tiene un valor de cero y el inyector está cerrado.

Para iniciar la fase de inyección, los transistores 15, 18 y 19 se hacen simultáneamente conductores, estando conectado el terminal 5 al voltaje Vtank mediante los transistores 15 y 18, estando conectado así el terminal 6 a la tierra 20 mediante el transistor 19 y siendo el voltaje Vinj igual a Vtank. En estas condiciones, la corriente linj se incrementa rápidamente durante un tiempo T1 hasta un valor máximo Ip y el inyector 2 comienza la fase de movimiento del pistón.

Cuando la corriente linj llega al valor Ip, un control de corriente (que usa la medición de la corriente linj realizada usando la resistencia 23) mantiene la corriente linj dentro de un rango de amplitud Alp centrado en un valor medio Ipm durante un tiempo T2 actuando en la activación del transistor 19, que conmuta cíclicamente entre un estado de conducción y un estado desactivado. Durante el estado de conducción del transistor 19, el terminal 5 es conectado al voltaje Vtank mediante los transistores 15 y 18, el terminal 6 está conectado a la tierra 20 mediante el transistor 19, el voltaje Vinj es igual a Vtank y el valor de linj se incrementa; mientras que durante el estado desactivado del transistor 19, el diodo de recirculación 22 empieza a conducir y cortocircuita los terminales 5 y 6 mediante el transistor 15, el voltaje Vinj es sustancialmente cero y el valor de linj disminuye. La intensidad de la corriente linj solamente se mide cuando el transistor 19 está conduciendo, dado que la resistencia de medición 23 se dispone hacia abajo del transistor 19; sin embargo, la constante de tiempo del circuito de excitación 4 es conocida y por lo tanto el controlador 9 es capaz de calcular cuando la corriente linj llega al límite inferior (Ipm-Alp/2) y el transistor 19 debe conducir de nuevo.

Después de que la corriente linj ha permanecido sustancialmente al valor Ip durante el tiempo T2, el controlador 9 hace que los transistores 15 y 19 sigan conduciendo y desactiva el transistor 18, estando así conectado el terminal 5 al voltaje Vbatt mediante el transistor 15 y el diodo 17, estando conectado el terminal 6 a la tierra 20 mediante el transistor 19 y siendo el voltaje Vinj igual a Vbatt. En estas condiciones, la corriente linj cae lentamente durante un tiempo predeterminado T3 a un valor IpF; en este punto el controlador 9 desactiva simultáneamente los tres transistores 15, 18 y 19 y, como resultado de la corriente linj que no puede desaparecer de forma instantánea, el diodo de recirculación 21 y, inversamente, el transistor 18 comienza a conducir, estando así conectado el terminal 5 a la tierra 20 mediante el diodo de recirculación 21, estando conectado el terminal 6 al voltaje Vtank mediante el diodo de recirculación 22 y el transistor 18, siendo el voltaje Vinj igual a -Vtank y disminuyendo rápidamente la corriente linj.

Se deberá observar que el transistor 18 comienza a conducir inversamente como resultado de las características de la unión MOS, que tiene un diodo parásito que se dispone en paralelo con dicha unión y es capaz de ser polarizado inversamente con respecto a la unión.

Después de un tiempo T4 suficiente para cancelar sustancialmente la corriente linj, el controlador 9 ajusta la corriente linj sustancialmente a un valor Im y mantiene, haciendo que el transistor 15 siga conduciendo y actuando en la activación del transistor 19, que conmuta cíclicamente entre un estado de conducción y un estado desactivado. En esta situación, el transistor 19 es movido para mantener la corriente linj dentro de un rango de amplitud \DeltaIm centrado en Im durante un tiempo T5 según los métodos descritos anteriormente. Al final del tiempo T5, todos los transistores 15, 18 y 19 son desactivados y la corriente linj cae rápidamente a cero según los métodos descritos anteriormente.

Una vez que la corriente linj cae a cero y permanece en un valor cero durante un tiempo predeterminado, el inyector 2 se cierra y deja de inyectar gasolina. Como se representa claramente en la figura 3, la suma de los tiempos T1, T2, T3, T4 y T5 es igual al tiempo de inyección total Tinj, es decir, al tiempo total durante el que el inyector 2 permanece abierto.

La unidad de diagnóstico 11 es capaz de verificar, para cada inyector 2, que se ha producido movimiento del pistón correspondiente después del suministro de una onda de corriente linj al circuito de excitación asociado 4. Con el fin de verificar que ha tenido lugar el movimiento del pistón de un inyector 2, la unidad de diagnóstico 11 hace uso del voltaje Vv del terminal 6 del circuito de excitación correspondiente 4 (es decir, el terminal 6 del circuito de excitación 4 que no es alimentado). La unidad de diagnóstico 11 detecta la duración de tiempo Tv durante el que el voltaje Vv del terminal 6 permanece por encima de un valor umbral predeterminado SVv comenzando del momento en que la corriente linj ha desaparecido hasta que el final de la fase de inyección; si el tiempo Tv es menos que un valor umbral predeterminado respectivo STv, la unidad de diagnóstico 11 refiere que el pistón ha dejado de moverse. Obviamente, con el fin de evitar señales de fallo erróneas, es preferible que la unidad de diagnóstico 11 refiera que un pistón ha dejado de moverse solamente si la frecuencia a la que los tiempos medidos correspondientes Tv están por debajo del umbral valor STv es a su vez más grande que un valor mínimo; en otros términos, en caso del fallo real de un inyector, un gran número de tiempos Tv detectados en sucesión es menor que el valor umbral STv, mientras que un caso aislado, en el que un solo tiempo Tv es menor que el valor umbral STv, es atribuible probablemente a un error accidental al medir dicho tiempo Tv.

La medición antes descrita del tiempo Tv se basa en el hecho de que, cuando la corriente linj cae a cero de forma suficientemente rápida (que siempre sucede en los inyectores modernos 2 en los que la corriente linj se pone a cero por medio de un alto voltaje inverso igual a -Vtank), el circuito magnético del accionador electromagnético del inyector 2 todavía permanece magnetizado y así el desplazamiento del pistón volviendo a la posición cerrada bajo el efecto del muelle dentro de un campo magnético que todavía está presente genera una fuerza contraelectromotriz entre los terminales 5 y 6 del circuito de excitación 4; esta fuerza contraelectromotriz puede ser medida entre los terminales 5 y 6 del circuito de excitación 4 y es una indicación clara de que el pistón se ha movido realmente. En otros términos, si, una vez que la corriente linj que pasa a través del circuito de excitación 4 ha caído a cero, un voltaje Vv (es decir una fuerza contraelectromotriz) todavía está presente entre los terminales 5 y 6 del circuito de excitación 4 durante un tiempo Tv, el pistón todavía se está moviendo y así se ha detectado realmente un movimiento del pistón durante la fase de inyección; por otra parte, si, una vez que la corriente linj que pasa a través del circuito de excitación 4 ha caído a cero, no hay voltaje Vv (es decir una fuerza contraelectromotriz) entre los terminales 5 y 6 del circuito de excitación 4, el pistón no se ha movido durante la fase de inyección.

Como se ha indicado anteriormente, la explicación anterior se aplica si la corriente linj cae a cero de forma suficientemente rápida, pero éste siempre es el caso en los inyectores modernos 2 en los que la corriente linj se pone a cero por medio de un alto voltaje inverso igual a -Vtank; en particular, en un inyector 2 del tipo normalmente usado, la corriente linj cae a cero en unas pocas decenas de microsegundos, mientras que el tiempo de cierre mecánico del pistón y así la duración del voltaje Tv es de un orden de magnitud más alto (algunos cientos de microsegundos).

Según otra realización representada en la figura 4, un circuito de control 14 es capaz de mover dos inyectores 2 (por ejemplo, como se representa en la figura 4, INYECTOR1 e INYECTOR4) usando dos transistores 19 (designados 19a y 19b en la figura 4 y asociados con INYECTOR1 e INYECTOR4 respectivamente), cada uno de los cuales conecta un terminal respectivo 6 a la tierra 20. De esta forma, es posible usar un menor número de componentes generales, dado que los transistores 15 y 18 de cada circuito de control 14 son compartidos por los circuitos de excitación 4 de dos inyectores diferentes 2. La operación del circuito de control 14 en la figura 4 es completamente idéntica a la operación antes descrita del circuito de control 14 en la figura 2; obviamente, el transistor 19a será movido para abrir el inyector INYECTOR1, mientras que el transistor 19b será movido para abrir el inyector INYECTOR4.

Durante la fase de inyección principal de un inyector (por ejemplo INYECTOR1), el circuito de control 14 representado en la figura 4 también hace posible llevar a cabo una inyección secundaria del otro inyector (INYECTOR4), realizándose dicha inyección secundaria simplemente haciendo que el transistor respectivo 19 (19b para INYECTOR4) conduzca. Según otras realizaciones, la inyección secundaria puede ser realizada manteniendo el transistor 18 constantemente desactivado o haciendo que el transistor 18 conduzca; la diferencia entre las dos soluciones está en el hecho de que, en un caso (transistor 18 constantemente desactivado), la onda de corriente linj de la inyección secundaria tiene un pulso más suave (y así una abertura menor y menos exacta) puesto que es generada por un voltaje Vinj igual a Vbatt y, en el otro caso (transistor 18 inicialmente conductor), la onda de corriente linj de la inyección secundaria tiene un pulso más pronunciado puesto que es generado por un voltaje Vinj igual a Vtank.

El método antes descrito para verificar que ha tenido lugar movimiento del pistón de un inyector 2 exhibe varias ventajas: hace posible reconocer que se ha producido movimiento del pistón por cada accionamiento único del inyector respectivo 2 de manera sumamente rápida y exacta, no está influenciado por el voltaje Vbatt suministrado por la batería ni por la temperatura ambiente, puede ser calibrado según los requisitos particulares del motor 1 (presión de inyección de gasolina, características estructurales del inyector 2, estrategia de diseño mecánico, etc) y finalmente es sencillo y económico de implementar porque no requiere circuitos o componentes de hardware adicionales en comparación con los previstos normalmente para controlar los inyectores 2.

Debido a las numerosas ventajas del método antes descrito para verificar que se ha producido movimiento del pistón de un inyector 2, dicho método puede obviamente ser usado con un inyector capaz de inyectar cualquier tipo de carburante, tal como por ejemplo gasolina, carburante diesel, alcohol, metano, LPG, etc.

Claims (8)

1. Método para controlar un inyector (2) con verificación de que ha tenido lugar movimiento del pistón; proporcionando el método la aplicación de un voltaje variable en el tiempo (Vinj) a los terminales (5, 6) de un circuito de excitación (4) del inyector (2) con el fin de hacer que una onda de corriente (linj) fluya a través de dicho circuito de excitación (4); caracterizándose el método por la detección de un voltaje de verificación (Vv) entre los terminales (5, 6) del circuito de excitación (4) una vez que la corriente (linj) a través del circuito de excitación (4) ha desaparecido al final de la fase de inyección, medición de un tiempo de verificación (Tv) durante el que el voltaje de verificación (Vv) es más grande que un primer valor umbral predeterminado (SVv) y el diagnóstico de la ausencia de movimiento del pistón si el tiempo de verificación (Tv) es menos que un segundo valor umbral predeterminado (STv).

2. Método según la reivindicación 1, en el que el voltaje de verificación (Vv) es detectado entre un terminal (6) del circuito de excitación (4) y una tierra eléctrica (20).

3. Método según la reivindicación 2, en el que un primer terminal (5) del circuito de excitación (4) está conectado selectivamente a un voltaje de suministro, mientras que un segundo terminal (6) del circuito de excitación (4) está conectado selectivamente a la tierra eléctrica; siendo detectado el voltaje de verificación (Vv) entre el segundo terminal (6) del circuito de excitación (4) y la tierra eléctrica (20).

4. Método según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que la onda de corriente variable en el tiempo (linj) incluye una sección de pulso inicial (T1, T2, T3) que exhibe una intensidad de corriente relativamente alta (linj), una sección intermedia (T4) durante la que la intensidad de corriente (linj) cae rápidamente sustancialmente a cero y una sección final siguiente (T5) que exhibe una intensidad de corriente relativamente baja (linj).

5. Método según la reivindicación 4, en el que, durante la sección inicial (T1, T2, T3), el circuito de excitación (4) del inyector (2) se controla por medio de un primer voltaje (Vtank) y, durante la sección final (T5), el circuito de excitación (4) del inyector (2) se controla por medio de un segundo voltaje (Vbatt) que es igual al voltaje de batería y es menos que el primer voltaje (Vtank).

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el voltaje variable en el tiempo (Vinj) es aplicado a los terminales (5, 6) del circuito de excitación (4) del inyector (2) por un circuito de accionamiento (14), que incluye primeros medios de transistor (15, 18) para conectar un primer terminal (5) del circuito de excitación (4) a un generador de voltaje (7; 10), segundos medios de transistor (19) para conectar un segundo terminal (6) del circuito de excitación (4) a una tierra (20) del generador de voltaje (7; 10), y diodos de recirculación (21; 22) que permiten la descarga de las inductancias del circuito de excitación (4).

7. Método según la reivindicación 6, en el que los primeros medios de transistor (15) incluyen un par de transistores (15, 18) para conectar selectivamente el primer terminal (5) a un primer y un segundo generador de voltaje (7, 10).

8. Método según la reivindicación 7, en el que el primer diodo de recirculación (21) conecta el primer terminal (5) a la tierra eléctrica (20), y un segundo diodo de recirculación (22) conecta el segundo terminal (6) a dicho generador de voltaje (7, 10).