PT1528243E - Metodo para controlar um injector com verificação de movimento do pistão - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"MÉTODO PARA CONTROLAR UM INJECTOR COM VERIFICAÇÃO DE MOVIMENTO DO PISTÃO" A presente invenção relaciona-se com um método para controlar um injector com verificação de ter ocorrido o movimento do pistão. A presente invenção é aplicada, de forma vantajosa, para controlar um injector num sistema de injecção directa de gasolina, para o qual a seguinte descrição fará referência explícita sem consequentemente restringir o âmbito geral da mesma.

Foram recentemente introduzidos no mercado motores a gasolina equipados com injecção directa de combustível, sendo estes motores em que a gasolina é injectada directamente nos cilindros por meio de injectores adequados, cada um dos quais está posicionado na coroa de um respectivo cilindro e é accionado por corrente por meio de uma unidade central de controlo. De um modo geral, a unidade central de controlo é capaz de provocar uma onda de corrente variável com o tempo para fluir por um circuito de comando do injector, sendo a referida onda destinada a gerar uma força de natureza electromagnética a fim de deslocar o pistão do injector de uma posição fechada para uma posição aberta, contra a acção de uma mola que tende a manter o pistão na posição fechada.

De um modo geral, uma unidade central de controlo também implementa funções de diagnóstico concebidas para verificar o funcionamento correcto dos vários componentes 2 de um motor, a fim de notificar o condutor da necessidade de manutenção ou para utilizar uma estratégia de controlo conhecida que indica qualquer defeito ou mal funcionamento. As várias funções de diagnóstico proporcionadas numa unidade de controlo conhecida, de um modo geral, inclui a verificação de ter ocorrido o movimento do pistão de cada injector; em outras palavras, para cada injector é feita uma verificação para avaliar se o pistão injector realmente abriu ou fechou depois de cada comando de injecção. Actualmente, a verificação de ter ocorrido o movimento do pistão para cada injector é levada a cabo por meio de um software de estratégia de verificação que é dedutivo por natureza e é realizada no sistema do motor depois de um periodo de tempo relativamente longo; no entanto, esta estratégia de verificação é lenta, relativamente imprecisa e implica a utilização de consideráveis recursos informáticos.

Nas unidades centrais de controlo conhecidas, é também possível medir a resistência eléctrica do circuito de comando para cada injector, a fim de verificar se o circuito de comando está aberto, em curto circuito ou se o circuito de comando tem um terminal em curto na direcção do pólo positivo ou negativo da bateria do veículo; no entanto, o pistão de um injector poderia estar avariado mesmo se o circuito de comando associado não exibir defeitos óbvios e, deste modo, este método de verificação não possibilita a identificação de todos os mal funcionamentos possíveis do injector. Além disso, os aumentos contínuos em pressões de injecção de combustível são acompanhados por um consequente aumento nas correntes de controlo e, deste modo, numa redução na resistência eléctrica dos circuitos de direcção do injector; Deste 3 modo, é cada vez mais difícil e complicado medir a resistência do circuito de comando com uma precisão suficiente para diferenciar uma condição de curto circuito de uma condição operacional aceitável. 0 documento DE-A-3817770 descreve que a corrente através do selenóide do injector é monitorizada para verificar o movimento do pistão.

Finalmente, foi feita uma proposta para a utilização de sensores exclusivos apropriados (acelerométricos, de pressão ou posicionais) ligados aos injectores, com a finalidade de monitorar o movimento correcto do pistão; no entanto, esta solução é extremamente dispendiosa devido ao custo em comprar e instalar os sensores. 0 objectivo da presente invenção é proporcionar um método para controlar um injector com a verificação de ter ocorrido o movimento do pistão, o referido método não apresentando quaisquer das desvantagens acima descritas, e sendo, além disso, simples e económico para ser implementado. A presente invenção proporciona um método para controlar um injector com a verificação de ter ocorrido o movimento do pistão, conforme definido na Reivindicação 1 e, preferencialmente, em qualquer das reivindicações subsequentes, directa ou indirectamente dependentes da Reivindicação 1. A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos em anexo, que ilustram algumas formas de realização não limitativas da mesma, em que: 4 a Figura 1 é uma vista esquemática do dispositivo de controlo que é o objecto da presente invenção; a Figura 2 é uma vista esquemática de um circuito de accionamento do dispositivo de controlo da Figura 1; a Figura 3 ilustra o perfil do tempo de vários parâmetros eléctricos caracteristicos do circuito da Figura 2; e a Figura 4 é uma vista esquemática de uma variante do circuito de accionamento ilustrado na Figura 2.

Na Figura 1, o numeral 1 indica o dispositivo como um todo para controlar os quatro injectores 2 de tipo conhecido (indicados na Figura 1 com os nomes INJECTOR 1, INJECTOR 2, INJECTOR 3, INJECTOR 4) de um motor de explosão 3 (ilustrado de forma esquemática) equipado com quatro cilindros (não ilustrados) posicionados em linha. Cada injector é posicionado em correspondência com a coroa de um respectivo cilindro (não ilustrado) do motor 3, de tal modo a injectar uma quantidade predeterminada de gasolina directamente dentro do referido cilindro.

Cada injector 2 é de um tipo conhecido e compreende uma válvula (não ilustrada em pormenor) que controla o fluxo da gasolina injectada e é proporcionado com um pistão que pode se mover entre uma posição fechada e uma posição aberta; em particular, o injector 2 é proporcionado com um accionador electromagnético (não ilustrado em pormenor), que é accionado por um circuito de comando e é capaz de deslocar o pistão da posição fechada para a posição aberta 5 contra a acção de uma mola (nao ilustrada) que tende a manter o pistão na posição fechada.

Conforme ilustrado na Figura 2, cada injector 2 é accionado por corrente e é proporcionado com um circuito de comando 4 para o respectivo accionador electromagnético que compreende um par de terminais 5 e 6; a fim de accionar um injector 2, é necessário produzir uma corrente eléctrica de uma intensidade predeterminada para fluir através do respectivo circuito de comando 4. 0 caudal da gasolina injectada por cada injector 2 durante a sua fase aberta é substancialmente constante e, deste modo, a quantidade de gasolina injectada pelo injector 2 para dentro do respectivo cilindro (não ilustrado) é directamente proporcional ao tempo aberto do referido injector 2. 0 dispositivo de controlo 1 é alimentado por uma bateria 7 do motor 3 e compreende uma unidade de controlo 8, que é proporcionada com um controlador 9, um conversor 10 alimentado pela bateria 7, uma unidade de diagnóstico 11 e um estágio de potência 12. O controlador 9 interage com uma unidade de controlo 13 (tipicamente um microprocessador) do motor 3, a fim de receber da referida unidade de controlo 13 para cada injector 2 e para cada ciclo do motor, o valor desejado do tempo aberto Tinj (directamente proporcional ao valor desejado da quantidade de gasolina a ser injectada) e o tempo de inicio da injecção. Com base nos dados recebidos da unidade de controlo 13, o controlador 9 comanda o estágio de potência 12 que acciona cada injector 2 passando uma corrente eléctrica predeterminada (variável com o tempo) Iinj através do respectivo circuito de comando 4 6 aplicando uma tensão (variável com o tempo) Vinj através dos terminais 5 e 6 correspondentes. 0 estágio de potência 12 recebe os sinais de comando do controlador 9 e é alimentado directamente pela bateria 7 com uma tensão nominal Vbatt de 12 volts, ou pelo conversor 10 com uma tensão nominal Vtank de 68 volts (e, geralmente, entre 50 e 90 volts) . O conversor 10 é um conversor CC/CC de um tipo conhecido, que é capaz de elevar a tensão Vbatt da bateria 7 até a tensão Vtank de 68 volts. A unidade de diagnóstico 11 é capaz de interagir tanto com o controlador 9 como com o estágio de potência 12, de tal maneira a verificar, de uma maneira a ser descrita adiante, a actuação apropriada dos injectores 2.

Conforme ilustrado na Figura 2, o estágio de potência 12 compreende para cada injector 2 um respectivo circuito de comando 14 que é ligado aos terminais 5 e 6 do respectivo circuito de comando 4 e é comandado pelo controlador 9, a fim de fazer com que uma corrente predeterminada Iinj flua através do referido circuito de comando 4.

Cada circuito de comando 14 compreende um transístor 15 comandado pelo controlador 9 e capaz de ligar o terminal 5 do respectivo circuito de comando 4 com um terminal intermédio 16 que é ligado à tensão Vbatt da bateria 7 através de um díodo sem retorno 17 e é ligado à tensão Vtank do conversor 10 através de um transístor 18 comandado pelo controlador 9. Além disso, cada circuito de controlo 14 compreende um transístor 19 comandado pelo controlador 9 e capaz de ligar o terminal 6 do respectivo circuito de 7 comando 4 com um terra comum 20 e dois díodos de recirculação 21 e 22 ligados, respectivamente, entre o terminal 5 e o terra 20 entre o terminal 6 e o terminal intermédio 16. De acordo com uma forma de realização preferida ilustrada na Figura 2, os transístores 15, 18 e 19 são do tipo "MOS".

Uma resistência shunt 23 é inserida entre o transístor 19 e o terra 20, sendo a referida resistência proporcionada com um terminal de medição 24; medindo a tensão prevalente através da resistência 23 (isto é, a tensão presente entre o terminal de medição 24 e o terra 20), é possível medir a intensidade da corrente Iinj quando o transístor 19 está a conduzir. De acordo com uma outra forma de realização, não ilustrada, a resistência shunt 23 é ligada directamente ao terminal 5, a fim de medir, continuamente, a intensidade da corrente Iinj.

Conforme ilustrado nas Figuras 2 e 3, uma fase de injecção de um injector 2 será agora descrita com particular referência ao perfil do tempo da corrente Iinj que flui pelos terminais 5 e 6 do respectivo circuito de comando 4 e o perfil do tempo da tensão Vinj pelos terminais 5 e 6.

Inicialmente, os transístores 15, 18 e 19 estão todos desactivados, o circuito de comando 4 é isolado, a corrente Iing tem um valor de zero e o injector está fechado.

Para dar início à fase de injecção, os transístores 15, 18 e 19 são feitos conduzir simultaneamente, sendo o terminal 5 ligado à tensão Vtank por meio dos transístores 15 e 18, sendo o terminal 6 ligado ao terra 20 por meio do 8 transístor 19 e a tensão Vinj sendo igual à Vtank. Nestas condições, a corrente Iinj aumenta rapidamente por um tempo TI até um valor de pico Ip e o injector 2 começa a fase de movimento do pistão.

Quando a corrente Iinj atinge o valor Ip, um controlo da corrente (que utiliza a medição da corrente Iinj realizada utilizando a resistência 23) mantém a corrente Iinj numa gama de amplitude Δίρ centrada num valor médio Ipm durante um tempo T2 actuando sobre o comando do transístor 19, que permuta ciclicamente entre um estado de condução e um estado desactivado. Durante o estado de condução do transístor 19, o terminal 5 fica ligado à tensão Vtank por meio dos transístores 15 e 18, o terminal 6 fica ligado ao terra 20 por meio do transístor 19, a tensão Vinj é igual à Vtank e o valor de Iinj aumenta; enquanto durante o estado desactivado do transístor 19 o díodo de recirculação 22 começa a conduzir e curto-circuitar os terminais 5 e 6 por meio do transístor 15, a tensão Vinj é substancialmente zero e o valor de Iinj diminui. A intensidade da corrente Iinj é medida apenas quando o transístor 19 está a conduzir, uma vez que a resistência de medição 23 fica posicionada a jusante do transístor 19; no entanto, a constante de tempo do circuito de comando 4 é conhecida e, deste modo, o controlador 9 é capaz de calcular quando a corrente Iinj atinge o limite inferior (Ιριη-Δΐρ/2) e o transístor 19 deve ser feito com que conduza novamente.

Depois da corrente Iinj ter permanecido, substancialmente, no valor Ip durante o tempo T2, o controlador faz com que os transístores 15 e 19 continuem a conduzir e desactiva o transístor 18, sendo, deste modo, o 9 terminal 5 ligado à tensão Vbatt por meio do transístor 15 e o díodo 17, sendo o terminal 6 ligado ao terra 20 por meio do transístor 19 e a tensão Vinj sendo igual a Vbatt. Nestas condições, a corrente Iinj cai lentamente durante um tempo predeterminado T3 até um valor IpF; neste ponto o controlador 9 desactiva, simultaneamente, todos os três transístores 15, 18 e 19 e, como resultado da corrente Iinj que não pode desaparecer instantaneamente, o díodo de recirculação 21 e, inversamente, o transístor 18 começam a conduzir, sendo o terminal 5, deste modo, ligado ao terra 20 por meio do díodo de recirculação 21, sendo o terminal 6 ligado à tensão Vtank por meio do díodo de recirculação 22 e o transístor 18, a tensão Vinj sendo igual a -Vtank e a corrente Iinj descendo rapidamente.

Deve ser observado que o transístor 18 começa a conduzir inversamente como resultado das características da junção MOS, que tem um díodo parasítico que fica posicionado em paralelo à referida junção e é capaz de ser inversamente inclinado em relação à junção.

Depois de um tempo T4 substancialmente suficiente para cancelar a corrente Iinj, o controlador 9 ajusta a corrente Iinj para substancialmente um valor Im e o mantém, fazendo com que o transístor 15 continue a conduzir e actuar sobre o comando do transístor 19, que permuta ciclicamente entre um estado de condução e um estado desactivado. Nesta situação, o transístor 19 é comandado para manter a corrente Iinj numa gama de amplitude Alm centrada em Im durante um tempo T5 de acordo com os métodos descritos acima. No final do tempo T5, todos os transístores 15, 18 e 19 são desactivados e a corrente Iinj 10 rapidamente cai para zero, de acordo com os métodos descritos acima.

Assim que a corrente Iinj cai para zero e permanece num valor zero durante um tempo predeterminado, o injector 2 fecha e pára de injectar gasolina. Conforme claramente ilustrado na Figura 3, a soma dos tempos Tl, T2, T3, T4 e T5 é igual ao tempo total de injecção Tinj, isto é, o tempo total durante o qual o injector 2 permanece aberto. A unidade de diagnóstico 11 é capaz de verificar, para cada injector 2, que o movimento do pistão correspondente ocorreu a seguir ao fornecimento de uma onda de corrente Iinj para o circuito de comando 4 associado. A fim de verificar que o movimento do pistão de um injector 2 ocorreu, a unidade de diagnóstico 1 faz uso da tensão Vv do terminal 6 do circuito de comando 4 correspondente (isto é, o terminal 6 do circuito de comando 4 que não é fornecido). A unidade de diagnóstico 11 detecta a duração do tempo Tv durando o qual a tensão Vv do terminal 6 permanece acima de um valor de limiar predeterminado SVv a começar do momento em que a corrente Iinj desapareceu até o fim da fase de injecção; se o tempo Tv for inferior a um valor de limiar predeterminado respectivo STv, a unidade de diagnóstico 11 regista que o pistão não se moveu. Obviamente, a fim de evitar sinais erróneos de falha, é preferível que a unidade de diagnóstico 11 registe que um pistão não se moveu só se a frequência na qual os tempos medidos correspondentes Tv que estão abaixo do valor de limiar STv for, por sua vez, superior a um valor mínimo; em outras palavras, no caso da falha real de um injector, um grande número de tempos Tv detectados em sucessão são inferiores ao valor de limiar STv, ao passo que um caso isolado, em que um único tempo Tv 11 é inferior ao valor limiar STv, é provavelmente imputável a um erro acidental na medição do referido tempo Tv.

As medições acima descritas do tempo Tv têm como base o facto de que quando a corrente Iinj cai para zero de uma forma suficientemente rápida (o que é sempre o caso nos injectores modernos 2 em que a corrente Iinj cai para zero por meio de uma alta tensão inversa igual a -Vtank) , o circuito magnético do accionador electromagnético do injector 2 ainda permanece magnetizado e, deste modo, o deslocamento do pistão ao retornar para a posição fechada sob o efeito da mola no interior de um campo magnético que ainda está presente, gera um força contra-electromotriz entre os terminais 5 e 6 do circuito de comando 4; esta força contra-electromotriz pode ser medida entre os terminais 5 e 6 do circuito de comando 4 e é uma clara indicação de que o pistão realmente se movimentou. Em outras palavras, se, uma vez que a corrente Iinj que passa através do circuito de comando 4 tenha cardo para zero, uma tensão Vv (isto é, uma força contra-electromotriz) ainda está presente entre os terminais 5 e 6 do circuito de comando 4 durante um tempo Tv, então o pistão ainda está a movimentar-se e, deste modo, um movimento do pistão fica realmente detectado durante a fase de injecção; por outro lado, se, uma vez que a corrente Iinj que passa através do circuito de comando 4 tenha caído para zero, não há tensão Vv (isto é, uma força contra-electromotriz) entre os terminais 5 e 6 do circuito de comando 4, então o pistão não se movimentou durante a fase de injecção.

Conforme indicado acima, a explicação acima aplica-se se a corrente Iinj cai para zero de forma suficientemente rápida, mas isto é sempre o caso com os injectores modernos 12 2 em que a corrente Iinj cai para zero por meio de uma alta tensão inversa igual a -Vtank; em particular, num injector 2 do tipo normalmente utilizado, a corrente Iinj cai para zero em alguns décimos de microsegundos, enquanto o tempo do fechamento mecânico do pistão e, deste modo, a duração da tensão Vv, é de uma ordem de magnitude maior (algumas centenas de microsegundos).

De acordo com uma outra forma de realização ilustrada na Figura 4, um circuito de comando 14 é capaz de accionar dois injectores 2 (por exemplo, conforme ilustrado na Figura 4, o INJECTOR 1 e o INJECTOR 4) utilizando dois transístores 19 (indicados como 19a e 19b na Figura 4 e associados ao INJECTOR 1 e INJECTOR 4, respectivamente) , cada um dos quais liga um respectivo terminal 6 ao terra 20. Desta maneira, é possível utilizar uma quantidade menor de componentes como um todo, uma vez que os transístores 15 e 18 de cada circuito de comando 14 são compartilhados pelos circuitos de comando 4 de dois injectores diferentes 2. O funcionamento do circuito de comando 14 na Figura 4 é totalmente idêntico ao funcionamento descrito acima do circuito de comando 14 na Figura 2; obviamente, o transístor 19a será comandado para abrir o injector do INJECTOR 1 , ao passo que o transístor 19b será comandado para abrir o injector do INJECTOR 4.

Durante a fase de injecção principal de um injector (por exemplo, o INJECTOR 1), o circuito de comando 14 ilustrado na Figura 4 também torna possível levar a cabo uma injecção secundária do outro injector (o INJECTOR 4), sendo a referida injecção secundária realizada simplesmente fazendo com o respectivo transístor 19 (19b para o INJECTOR 4) conduza. De acordo com outras formas de realização, a 13 injecção secundária pode ser realizada mantendo o transístor 18 constantemente desactivado ou fazendo como que o transístor 18 conduza; a diferença entre as duas soluções assenta-se no facto de que, num caso (o transístor 18 constantemente desactivado), a onda de corrente Iinj da injecção secundária tem uma pulsação mais suave (e, deste modo, uma abertura mais lenta e menos precisa) uma vez que é gerada pela tensão Vinj igual a Vbatt e, no outro caso (o transístor 18 inicialmente feito conduzir), a onda de corrente Iinj da injecção secundária tem uma pulsação muito mais acentuada, uma vez que é gerada por uma tensão Vinj igual a Vtank. 0 método acima descrito para a verificação de que o movimento do pistão de um injector 2 ocorreu, apresenta várias vantagens: possibilita reconhecer que o movimento do pistão ocorreu para cada um dos accionamentos do respectivo injector 2 de uma forma extremamente rápida e precisa, não é influenciado nem pela tensão Vbatt fornecida pela bateria nem pela temperatura ambiente, pode ser calibrado de acordo com as exigências específicas do motor 1 (pressão da injecção da gasolina, características estruturais do injector 2, estratégia do desenho mecânico, etc.) e, finalmente, é simples e económico para ser implementado uma vez que não exige circuitos adicionais ou componentes de hardware em comparação com aqueles normalmente proporcionados para controlar os injectores 2.

Graças às numerosas vantagens do método acima descrito para verificar que o movimento do pistão de um injector 2 ocorreu, o referido método pode, é claro, ser utilizado com um injector capaz de injectar qualquer tipo 14 14 diesel, de combustível, tal como, por exemplo, gasolina, álcool, metano, LPG, etc.

Lisboa, 16 de Outubro de 2006

Claims (8)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para controlar um injector (2) com a verificação de ter ocorrido o movimento do pistão; o método proporcionando a aplicação de uma tensão variável com o tempo (Vinj) aos terminais (5, 6) de um circuito de comando (4) do injector, a fim de produzir uma corrente (Iinj) para fluir através do referido circuito (4); sendo o método caracterizado pela detecção de uma tensão de verificação (Vv) entre os terminais (5, 6) do circuito de comando (4), desde que a corrente (Iinj) através do circuito de comando (4) tenha desaparecido no fim da fase de injecção, a medição de um tempo de verificação (Tv) durante o qual a tensão de verificação (Vv) é superior a um primeiro valor de limiar predeterminado (SVv) e o diagnóstico da ausência do movimento do pistão se o tempo de verificação (Tv) for inferior a um segundo valor de limiar predeterminado (STv).

2. Método de acordo com a Reivindicação 1, em que a tensão de verificação (Vv) é detectada entre um terminal (6) do circuito de comando (4) e um terra eléctrico (20).

3. Método de acordo com a Reivindicação 2, em que um primeiro terminal (5) do circuito de comando (4) é ligado de forma selectiva a uma tensão de alimentação, enquanto um segundo terminal (6) do circuito de comando (4) é ligado de forma selectiva ao terra eléctrico; a tensão de verificação (Vv) sendo detectada entre o segundo terminal (6) do circuito de comando (4) e o terra eléctrico (20).

4. Método de acordo com a Reivindicação 1, 2 ou 3, em que a onda de corrente variável com o tempo (Iinj) compreende uma secção de impulso inicial (Tl, T2, T3) que apresenta uma 2 intensidade relativamente elevada de corrente (Iinj), uma secção intermédia (T4) durante a qual a intensidade da corrente (Iinj) cai rapidamente, substancialmente para zero e uma secção final subsequente (T5) que apresenta uma intensidade relativamente baixa de corrente (Iinj).

5. Método de acordo com a Reivindicação 4, em que, durante a secção inicial (Tl, 2, T3), o circuito de accionamento do injector (2) é controlado por meio de uma primeira tensão (Vtank) e, durante a secção final (T5) , o circuito de accionamento do injector (2) é controlado por meio de uma segunda tensão (Vbatt) que é igual à tensão da bateria e é inferior à primeira tensão (Vtank).

6. Método de acordo com qualquer das Reivindicações 1 a 5, em que a tensão variável com o tempo (Vinj) é aplicada aos terminais (5, 6) do circuito de comando (4) do injector (2) por um circuito de actuação (14) que compreende o primeiro meio de transístor (15, 18) para ligar um primeiro terminal (5) do circuito de comando (4) a um gerador de voltagem (7; 10), o segundo meio de transístor (19) para ligar um segundo terminal (6) do circuito de comando (4) a um terra (20) do gerador de tensão (7; 10), e díodos de recirculação (21; 22) permitindo a descarga das indutâncias do circuito de comando (4).

7. Método de acordo com a Reivindicação 6, em que o primeiro meio de transístor (15) compreende um par de transístores (15, 18) para ligar de forma selectiva o primeiro terminal (5) a um primeiro e um segundo geradores de tensão (7, 10).

8. Método de acordo com a Reivindicação 7, em que um primeiro díodo de recirculação (21) liga o primeiro terminal (5) ao 3 terra eléctrico (20) e um liga o segundo terminal (6) (7, 10) . segundo díodo de recirculaçao ao referido gerador de tensão Lisboa, 16 de Outubro de 2006