Inyector de combustible y método para controlar inyectores de combustible.

Un sistema (150) de inyección de combustible para un motor de combustión interna que demanda más de un evento de inyección por inyector de combustible y por cada ciclo de combustión,

comprendiendo el sistema:

una pluralidad de inyectores (152) de combustible, incluyendo cada inyector (152) de combustible un sensor (64, 82) de presión para medir la presión de combustible en su interior;

un acumulador (28) dispuesto para suministrar combustible a los inyectores (46, 108, 152) de combustible durante el uso;

estando caracterizado el sistema de inyección de combustible por una unidad (34) de control dispuesta para recibir una señal de presión procedente de cada uno de los sensores (64, 82) de presión antes de un evento de inyección en el inyector correspondiente para calcular la manera en la que las ondas de presión tienden a propagarse en el inyector de combustible; para predecir la presión de combustible que prevalecerá en el inyector durante el evento de inyección; y para suministrar señales de control a ese inyector de combustible para controlar la cantidad de combustible inyectada durante ese evento de inyección según la presión de combustible predicha.

Inyector de combustible y método para controlar inyectores de combustible Campo técnico

Esta Invención se refiere a Inyectores de combustible para motores de combustión Interna y a métodos para controlar la cantidad de combustible entregado por los Inyectores de combustible. En particular, la Invención se refiere a la determinación o predicción de la presión de combustible en un Inyector de combustible durante el curso de un evento de Inyección de combustible.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de Inyección de combustible permiten el control y optimización de la cantidad de combustible Inyectada dentro de las cámaras de combustión de un motor, la temporlzaclón de la entrega de combustible con respecto a la posición del cigüeñal y el pistón, y la presentación de combustible a la cámara de combustión, por ejemplo atomizando y dispersando el combustible según un patrón predeterminado. Los sistemas modernos de Inyección de combustible usan controles electrónicos para lograr un alto nivel de precisión en la cantidad y temporlzaclón de la entrega de combustible. Se requiere esta alta precisión para satisfacer las expectativas de emisiones y rendimiento del mercado.

Son bien conocidos los sistemas de Inyección de combustible de raíl común, particularmente en el campo de motores de Ignición por compresión, tales como los motores diesel. Un sistema de inyección de combustible de raíl común típico para un automóvil se muestra esquemáticamente en la figura 1 de los dibujos anexos. El combustible se almacena en un tanque 20 de combustible y se extrae por medio de una bomba de elevación 22 y un filtro 24 hacia una bomba 26 de alta presión accionada por el motor. La bomba 26 de alta presión suministra combustible a una presión elevada a un acumulador o raíl 28. Los Inyectores 30 de combustible están conectados al raíl por unas piezas 32 de puente respectivas. Cada Inyector 30 de combustible está dispuesto para suministrar combustible a un cilindro respectivo del motor Inyectando el combustible dentro de una cámara de combustión del cilindro bajo el control de una unidad de control electrónica (ECU) 34.

Se conocen muchos tipos de Inyector de combustible. En una disposición típica, un inyector de combustible incluye una válvula de control que comprende una aguja de válvula móvil entre una primera posición y una segunda posición tras el accionamiento de un accionador, por ejemplo un accionador de solenoide o un accionador piezoeléctrico. La aguja de válvula se acomoda dentro de un cuerpo del inyector de combustible. El cuerpo define una boquilla provista de al menos un orificio aguas abajo de una superficie de asiento para la aguja de válvula. La superficie de asiento, a su vez, se encuentra aguas abajo de un depósito de combustible a alta presión. En la primera posición, la aguja de válvula se sella contra la superficie de asiento con la finalidad de impedir un flujo de combustible más allá de la superficie de asiento. En la segunda posición, la aguja de válvula se mantiene alejada de la superficie de asiento, de modo que el combustible pueda fluir desde el depósito, a través del orificio, o de cada uno de ellos, y entrar en la cámara de combustión, efectuándose así una inyección de combustible.

La cantidad de combustible entregada a las cámaras de combustión afecta a la salida de par del motor. En consecuencia, la entrega de combustible debe controlarse cuidadosamente para proporcionar la salida de par deseada en cualquier momento dado bajo las condiciones que prevalezcan entonces.

La cantidad de combustible entregada durante el curso de cada evento de inyección es función del área de flujo del orificio de boquilla, la presión de combustible y la duración de la inyección. La duración de la inyección es el tiempo durante el cual la aguja se levanta de la superficie de asiento, de modo que combustible a alta presión pueda fluir dentro de la cámara de combustión a través del orificio.

En un inyector de combustible dado, el área de flujo de orificio de boquilla es fija. Por tanto, la entrega de combustible se controla usando el principio denominado "presión-tiempo". Para lograr la entrega de una cantidad deseada de combustible, la duración de la inyección se fija electrónicamente en un valor que se ha calculado previamente de modo que, suponiendo una cierta presión de combustible, la cantidad requerida de combustible pase al interior de la cámara de combustión durante el tiempo en el cual el combustible pueda fluir a través de la boquilla, es decir, la duración de la inyección. En consecuencia, cualquier variación no pretendida en la presión del combustible puede dar como resultado que se entregue una cantidad incorrecta de combustible a la cámara de combustión, con el resultado de que el motor produzca un par de salida que sea mayor o menor que el requerido. En estas circunstancias, pueden comprometerse la conducibilidad, el rendimiento y las emisiones del vehículo.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, el control de la temporización y duración de la inyección se logra por la ECU 34. La ECU 34 acepta señales de entrada procedente de una variedad de sensores, los cuales pueden incluir un sensor 36a de velocidad del cigüeñal, un sensor 36b de fase del cigüeñal, un sensor 36c de demanda del pedal del acelerador un sensor 36d de temperatura de admisión de aire, un sensor 36e de temperatura de refrigerante, un sensor 36f de flujo de masa de admisión de aire y, en motores sobrealimentados, un sensor 36g de presión de amplificación de admisión. Además, los sistemas de inyección de combustible de raíl común incluyen un sensor 38 de presión de raíl de combustible, que puede combinarse con un sensor de temperatura de combustible. La ECU 34

controla, por medio de señales de salida, diversos accionadores que accionan una válvula 40 de flujo de dosificación en la entrada de la bomba de alta presión 26, una válvula 42 de control de presión de raíl y unas válvulas de control de los inyectores individuales 30.

El sensor 38 de presión de raíl es típicamente un dispositivo piezorresistivo con electrónica integrada. Éste está Instalado Intrusivamente en el raíl 28, de modo que una porción del cuerpo de sensor, típicamente un diafragma, está expuesta directamente al combustible a alta presión en el raíl 28. Generalmente, el sensor 38 de presión de raíl está atornillado dentro de una lumbrera roscada 44 en el raíl 28, y una arandela de hierro dulce puede usarse para efectuar una junta entre el sensor 38 y el raíl 28. Dado que los sensores 38 de presión de carril deben operar fiablemente y sin fugas en un ambiente de muy alta presión, tales sensores 38 son relativamente caros y delicados.

La presión de combustible nominal en el raíl 28, y, por tanto, en cada Inyector 30 de combustible, se determinada por la ECU 34 usando las señales de entrada procedentes de los sensores 36a-36g, 38 para determinar las condiciones de funcionamiento del motor y el requisito de par. Por ejemplo, a velocidades bajas del motor y con cargas bajas, la presión de raíl nominal puede ser de 300 bares, mientras que a altas velocidades del motor y cargas grandes la presión de raíl nominal puede ser de 2000 bares. Típicamente, se registra un rango de presiones de raíl nominales óptimas para un rango correspondiente de condiciones en un procedimiento de calibración durante el rodaje y prueba del motor. Los valores optimizados se determinan con el fin de minimizar emisiones, optimizar el rendimiento o minimizar el consumo de combustible, según se requiera. Estas presiones nominales optimizadas se almacenan en un mapa en la una memoria de la ECU 34 de modo que pueda recuperarse el valor optimizado para una condición dada de motor.

Por tanto, bajo un conjunto dado de condiciones de motor la presión de combustible de raíl media nominal tiene un valor fijo. La ECU 34 determina la presión de combustible de raíl Instantánea real procedente del sensor 38 de presión de raíl, y acciona la válvula 40 de flujo de dosificación de admisión de la bomba 26 de combustible de alta presión o la válvula 42 de control de presión de raíl, según resulte adecuado, para lograr y mantener la presión de combustible de raíl media deseada. De esta manera, se proporciona un sistema de control de reallmentación. Se proporcionan algoritmos de control sofisticados para optimizar este sistema de control de reallmentación. Es importante que el sensor de presión de raíl sea tan preciso como sea posible, dado que variaciones Inesperadas en la presión de combustible de raíl provocarán variaciones inesperadas en la salida de par.

El tiempo de respuesta del sistema de control de realimentación está limitado por el rendimiento... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (150) de inyección de combustible para un motor de combustión interna que demanda más de un evento de inyección por inyector de combustible y por cada ciclo de combustión, comprendiendo el sistema:

una pluralidad de inyectores (152) de combustible, incluyendo cada inyector (152) de combustible un sensor (64, 82) de presión para medir la presión de combustible en su interior;

un acumulador (28) dispuesto para suministrar combustible a los inyectores (46, 108, 152) de combustible durante el uso;

estando caracterizado el sistema de inyección de combustible por una unidad (34) de control dispuesta para recibir una señal de presión procedente de cada uno de los sensores (64, 82) de presión antes de un evento de inyección en el inyector correspondiente para calcular la manera en la que las ondas de presión tienden a propagarse en el inyector de combustible; para predecir la presión de combustible que prevalecerá en el Inyector durante el evento de inyección; y para suministrar señales de control a ese Inyector de combustible para controlar la cantidad de combustible Inyectada durante ese evento de inyección según la presión de combustible predlcha.

2. Un sistema de Inyección de combustible según la reivindicación 1, en el que la unidad (34) de control comprende:

un procesador programado para muestrear repetidamente la señal de presión procedente de al menos uno de los sensores (64, 82) de presión con el fin de calcular la manera en la que las ondas de presión tienden a propagarse en un inyector de combustible.

3. Un sistema de Inyección de combustible según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la unidad (34) de control comprende:

una memoria para almacenar un modelo de comportamiento hidráulico; y

un procesador programado para aplicar un cálculo de la manera en la cual las ondas de presión tienden a propagarse en un Inyector de combustible al modelo almacenado con el fin de predecir la presión de combustible que prevalecerá en los inyectores (46, 108, 152) durante los eventos de inyección.

4. Un método para predecir la presión de combustible que prevalecerá en un inyector de combustible del sistema de Inyección de combustible para un motor que demanda más de un evento de inyección por inyector de combustible y por cada ciclo de combustión según se expone en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando caracterizado el método por que comprende:

medir, antes del evento de inyección, una característica de presión de combustible dentro del inyector de combustible; y

determinar, introduciendo la característica de presión de combustible medida en un modelo de comportamiento hidráulico, una característica de presión de combustible predicha en el inyector de combustible durante el evento de inyección siguiente.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que la característica de presión de combustible se mide interrogando repetidamente a un sensor de presión antes del evento de inyección.

6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, en el que la característica de presión de combustible medida comprende una secuencia de valores de presión de combustible.

7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que la característica de presión de combustible predicha comprende una presión de combustible promedio predicha en el inyector de combustible durante el evento de inyección.

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el método incluye suministrar una señal de control al inyector de combustible a fin de controlar la cantidad de combustible inyectada durante un evento de inyección según la característica de presión de combustible predicha.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, que comprende además:

calcular un factor de corrección basándose en la característica de presión de combustible predicha durante el evento de inyección; y

aplicar el factor de corrección a una demanda de inyección de combustible nominal para compensar variaciones en la presión de combustible durante el evento de inyección.

10. Un método según la reivindicación 9, que comprende además:

determinar una demanda de inyección de combustible nominal según parámetros operativos del motor.

11. Un producto de programa de ordenador que comprende al menos una porción de software de programa de ordenador que, cuando se ejecuta en un entorno de ejecución, es operado para implementar el método según las reivindicaciones 4 a 8.

12. Un medio de almacenamiento de datos que tiene la, o cada, porción de software del programa de ordenador de 5 la reivindicación 11 almacenada en el mismo.