ES2223525T3 - Procedimiento para poner en funcionamiento un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para poner en funcionamiento un motor (1) de combustión interna, especialmente de un automóvil, en el que, durante una fase de compresión, en un primer modo de funcionamiento, y durante una fase de admisión, en un segundo modo de funcionamiento, se inyecta combustible directamente en una cámara (4) de combustión delimitada por un pistón (2), y en el que se inflama el combustible inyectado en la cámara (4) de combustión, caracterizado porque se determina un primer ángulo (W1) de terminación anormal para la inyección, ángulo dependiente de la presión ejercida en el combustible a inyectar y de la presión en la cámara (3) de combustión, porque se determina un segundo ángulo (W2) de terminación anormal para la inyección, ángulo dependiente del ángulo (ZW) de encendido, y porque el primero de los dos ángulos (W1, W2) de terminación anormal se compara (29) con el ángulo (KW_akt) de giro actual del cigüeñal (14).

Description

Procedimiento para poner en funcionamiento un motor de combustión interna.

Estado de la técnica

La invención se refiere a un procedimiento para poner en funcionamiento un motor de combustión interna, especialmente de un automóvil, en el que, durante una fase de compresión en un primer modo de funcionamiento y durante una fase de admisión en un segundo modo de funcionamiento, se inyecta combustible directamente en una cámara de combustión delimitada por un pistón, y en el que se inflama el combustible inyectado en la cámara de combustión. Además, la invención se refiere a un motor de combustión interna, especialmente para un automóvil, con una válvula de inyección con la que, durante una fase de compresión en un primer modo de funcionamiento y durante una fase de admisión en un segundo modo de funcionamiento, puede inyectarse el combustible directamente en una cámara de combustión delimitada por un pistón, con una bujía de encendido con la que puede inflamarse el combustible inyectado en la cámara de combustión, y con un controlador con el que pueden controlarse la válvula de inyección y la bujía de encendido.

Según el documento DE 197 39 786 A, se activa una combustión homogénea o por turnos, según las condiciones de funcionamiento, mediante la inyección directa durante el ciclo de admisión o durante la compresión, además, la inyección se termina siempre según el programa antes de que la presión de la cámara de combustión sobrepase la presión de inyección y antes de que tenga lugar el encendido mediante la bujía 6 de encendido. Además se fija un ángulo final de inyección, que se ha determinado evidentemente a partir de los ángulos de encendido fijados anteriormente, asociado a los estados de funcionamiento y a la presión de la cámara de combustión (calculada o medida).

Este tipo de sistemas para la inyección directa de combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión interna son conocidos de forma general. En este caso se diferencia un denominado funcionamiento por turnos, como primer modo de funcionamiento, y un denominado funcionamiento homogéneo, como segundo modo de funcionamiento. El funcionamiento por turnos se utiliza especialmente en el caso de cargas menores, mientras que el funcionamiento homogéneo se aplica en el caso de cargas mayores que se presentan en el motor de combustión interna.

En el funcionamiento por turnos, el combustible se inyecta durante la fase de compresión del motor de combustión interna en la cámara de combustión, y allí, concretamente, en la proximidad directa de una bujía de encendido. Esto tiene como consecuencia que ya no puede tener lugar ninguna distribución uniforme del combustible en la cámara de combustión. La ventaja del funcionamiento por turnos consiste en que con una masa de combustible muy reducida pueden llevarse a cabo las cargas menores que se presentan del motor de combustión interna. No obstante, no puede ejecutarse cargas mayores mediante el funcionamiento por turnos. En el funcionamiento homogéneo previsto para este tipo de cargas mayores, el combustible se inyecta durante la fase de admisión del motor de combustión interna, de tal manera que aún puede tener lugar sin más una turbulencia y, con ello, una distribución del combustible en la cámara de combustión. En este sentido, el funcionamiento homogéneo corresponde aproximadamente al modo de funcionamiento de los motores de combustión interna, en los que de manera convencional se inyecta combustible en el tubo de admisión.

En los dos modos de funcionamiento, es decir, en el funcionamiento por turnos y en el funcionamiento homogéneo, el ángulo de inyección y la duración de la inyección del combustible a inyectar se controlan y / o regulan por un controlador a un valor óptimo en función de una pluralidad de parámetros con vistas al ahorro de combustible, la reducción de sustancias contaminantes y similares. Este control y / o regulación garantiza además que, en condiciones de funcionamiento normales, la válvula de inyección esté cerrada cuando se inflama el combustible inyectado.

Sin embargo, es posible que estas condiciones normales ya no se den, por ejemplo, debido a un funcionamiento defectuoso. Así, es posible que la bomba de alta presión esté dañada, de tal manera que el combustible tan sólo puede inyectarse en la cámara de combustión por medio de la válvula de inyección con la presión del conducto generada por la bomba eléctrica de combustible.

En este caso existe el riesgo de que la válvula de inyección esté abierta aún cuando tenga lugar la inflamación del combustible. Esto conduciría a un deterioro de la válvula de inyección.

La tarea de la invención es crear un procedimiento para poner en funcionamiento un motor de combustión interna con el que sea posible un funcionamiento sin problemas del motor de combustión interna.

En el caso de un procedimiento del tipo citado al principio o en el caso de un motor de combustión interna del tipo citado al principio, esta tarea se soluciona según la invención mediante las características según la reivindicación 1 ó 7.

De esta manera se garantiza que la válvula de inyección esté cerrada en cualquier caso cuando el combustible se inflama mediante la bujía de encendido. Con ello, se impide de forma segura una coquización antes de tiempo en la válvula de inyección. Con ello se aumenta considerablemente la capacidad funcional y la vida útil de la válvula de inyección.

En el caso de un perfeccionamiento ventajoso de la invención en el que se determina la presión ejercida en el combustible a inyectar, se determina la presión existente en la cámara de combustión y, entonces se termina la inyección del combustible en cualquier estado de funcionamiento del motor de combustión interna antes de que o en cuanto la presión de la cámara de combustión sea mayor que la presión ejercida en el combustible.

La válvula de inyección se cierra a más tardar en el momento en el que la presión de la cámara de combustión es mayor que la presión ejercida en el combustible. De esta manera se consigue que no pueda insuflarse de nuevo en la válvula de inyección ninguna mezcla de aire / combustible que proceda de la cámara de combustión. Con ello se mantiene la capacidad funcional del sistema de preparación de combustible y se evita un fallo o similar del motor de combustión interna.

Es especialmente ventajoso que el primero de los dos ángulos de terminación anormal se compare con el ángulo de giro actual del cigüeñal y que se cierre una válvula de inyección abierta en cuanto el ángulo de giro actual del cigüeñal sea mayor o igual que el primer ángulo de terminación anormal seleccionado. De esta manera se garantiza en cualquier caso que ninguna válvula de inyección está abierta aún cuando el combustible inyectado se inflama en la cámara de combustión o cuando la presión de la cámara de combustión es mayor que la presión que actúa en el combustible.

Una configuración ventajosa de la invención está caracterizada por la repetición continua del procedimiento según la invención en intervalos temporales o distancias angulares especialmente iguales. Con ello se garantiza que el procedimiento se realiza de forma completamente independiente de todos los estados de funcionamiento del motor de combustión interna, de tal manera que en cualquier estado de funcionamiento está garantizado que no tiene lugar ningún deterioro de las válvulas de inyección.

De especial importancia es la realización del procedimiento según la invención en forma de un medio de control eléctrico según la reivindicación 6. En este caso, en el medio de almacenamiento eléctrico está almacenado un programa que puede ejecutarse en un ordenador, especialmente en un microprocesador, y es apropiado para la realización del procedimiento según la invención. Por consiguiente, en este caso, la invención se realiza mediante un programa almacenado en el medio de almacenamiento eléctrico, de tal manera que este medio de almacenamiento dotado con el programa representa la invención de la misma manera que el procedimiento para cuya realización es apropiado el programa.

La figura 1 muestra un diagrama funcional esquemático de un ejemplo de realización de un motor de combustión interna, según la invención, de un automóvil y

la figura 2 muestra un diagrama funcional esquemático de un ejemplo de realización de un procedimiento según la invención para poner en funcionamiento el motor de combustión interna de la figura 1.

En la figura 1 se muestra un motor 1 de combustión interna en el que un pistón 2 puede realizar un movimiento de vaivén en un cilindro 3. El cilindro 3 está dotado con una cámara 4 de combustión a la que están conectados un tubo 6 de admisión y un tubo 7 de escape por medio de válvulas 5. Además, a la cámara 4 de combustión están asociadas una válvula 8 de inyección que puede activarse con una señal TI y una bujía 9 de encendido que puede activarse con una señal ZW. El tubo 7 de escape puede estar conectado con el tubo 6 de admisión por medio de un conducto 10 de recirculación de los gases de escape y una válvula 11 de recirculación de los gases de escape que puede controlarse con una señal AGR.

El tubo 6 de admisión puede estar dotado con un sensor 12 de masa de aire y el tubo 7 de escape puede estar dotado con un sensor 13 Lambda.

El sensor 12 de masa de aire mide la masa de oxígeno del aire fresco alimentado al tubo 6 de admisión y, en función de ello, genera una señal LM. El sensor 13 Lambda mide el contenido de oxígeno del gas de escape en el tubo 7 de escape y, en función de ello, genera una señal \lambda.

En un primer modo de funcionamiento, el funcionamiento por turnos del motor 1 de combustión interna, la válvula 8 de inyección inyecta el combustible en la cámara 4 de combustión durante una fase de compresión producida mediante el pistón 2y, localmente, en la proximidad directa de una bujía 9 de encendido y, temporalmente, directamente antes del punto muerto superior del pistón 2. Entonces se inflama el combustible con ayuda de la bujía 9 de encendido, de tal manera que el pistón 2 se acciona en la fase de trabajo que sigue ahora gracias a la expansión del combustible inflamado.

En un segundo modo de funcionamiento, el funcionamiento homogéneo del motor 1 de combustión interna, la válvula 8 de inyección inyecta el combustible en la cámara 4 de combustión durante una fase de admisión producida mediante el pistón 2. Mediante el aire aspirado al mismo tiempo se arremolina el combustible inyectado y, con ello, se distribuye de forma fundamentalmente uniforme en la cámara 4 de combustión. Después, la mezcla de aire - combustible se comprime durante la fase de compresión para que entonces la inflame la bujía 9 de encendido. Gracias a la expansión del combustible inflamado se acciona el pistón 2.

En el funcionamiento por turnos, así como también en el funcionamiento homogéneo, mediante el pistón accionado se hace girar un cigüeñal 14, accionándose en último término las ruedas del automóvil por medio de este movimiento. Al cigüeñal 14 está asociado un sensor 15 del número de revoluciones que genera una señal N en función del movimiento giratorio del cigüeñal 14.

En el funcionamiento por turnos y en el funcionamiento homogéneo, el combustible se inyecta con una presión alta en la cámara 4 de combustión por medio de la válvula 8 de inyección. A tal fin están previstas una bomba eléctrica de combustible y una bomba de alta presión, pudiendo accionarse esta última por el motor 1 de combustión interna o por el motor eléctrico. La bomba eléctrica de combustible eléctrica genera una denominada presión EKP del conducto de como mínimo 3 bares y la bomba de alta presión genera una presión HD del conducto de aproximadamente 100 bares.

La masa de combustible que la válvula 8 de inyección inyecta en la cámara 4 de combustión en el funcionamiento por turnos y en el funcionamiento homogéneo, la controla y / o regula un controlador 16, especialmente con vista a un consumo reducido de combustible y / o a una producción de sustancias contaminantes reducida. A tal fin, el controlador 16 está dotado con un microprocesador que tiene almacenado en un medio de almacenamiento, especialmente en una memoria de sólo lectura, un programa que es apropiado para llevar a cabo el citado control y / o la citada regulación.

El controlador 16 se alimenta con señales de entrada que representan magnitudes de funcionamiento del motor de combustión interna medidas mediante sensores. A modo de ejemplo, el controlador 16 está conectado con el sensor 12 de masa de aire, el sensor 13 Lambda y el sensor 15 del número de revoluciones. Además, el controlador 16 está conectado con un sensor 17 del pedal del acelerador que general una señal FP que indica la posición de un pedal del acelerador que puede ser accionado por un conductor. El controlador 16 genera señales de salida con las que, por medio de actores, puede ejercerse una influencia sobre el comportamiento del motor de combustión interna de acuerdo con el control deseado y / o la regulación deseada. A modo de ejemplo, el controlador 16 está conectado con la válvula 8 de inyección, la bujía 9 de encendido y la válvula 11 de recirculación de los gases de escape y genera las señales TI, ZW y AGR necesarias para su activación.

Con la señal TI se controla la inyección del combustible a inyectar en la cámara de combustión. Esta inyección se compone de un ángulo de inyección, en el que comienza la inyección, y de la duración de la inyección, que fija la duración temporal de la inyección. En el funcionamiento homogéneo, el controlador 16 calcula el ángulo de inyección y la duración de la inyección, en cada caso antes de la fase de admisión debido al tiempo de cálculo necesario para ello. El controlador 16 basa este cálculo en el estado de funcionamiento del motor de combustión interna que se presenta en este momento, es decir, antes de la fase de admisión.

En condiciones normales, el controlador 16 determina el ángulo de inyección y la duración de la inyección, de tal manera que la válvula 8 de inyección ya está errada de nuevo antes de que se inflame el combustible inyectado mediante la bujía 9 de encendido. Igualmente, el controlador 16 determina el ángulo de inyección y la duración de la inyección de tal manera que la válvula 8 de inyección ya está cerrada igualmente cuando la presión en la cámara 4 de combustión, debido a la compresión mediante el pistón 2, es mayor que la presión a la que se inyecta el combustible en la cámara 4 de combustión por medio de la válvula 8 de inyección.

Sin embargo, es posible que estas condiciones normales ya no se den, por ejemplo, debido a un funcionamiento defectuoso. Así, es posible que la bomba de alta presión esté dañada, de tal manera que el combustible tan sólo pueda inyectarse en la cámara 4 de combustión por medio de la válvula 8 de inyección con la presión EKP del conducto generada por la bomba eléctrica de combustible. En este caso, el controlador 16 prolongaría automáticamente la duración de la inyección, de tal manera que existe el riesgo de que la válvula 8 de inyección esté abierta aún cuando tenga lugar la inflamación del combustible. Esto conduciría a un deterioro de la válvula 8 de inyección.

Para que se eviten de forma segura este tipo de casos, el controlador 16 lleva a cabo el procedimiento, descrito a continuación basándose en la figura 2, en todos los estados de funcionamiento del motor 1 de combustión interna.

En función de una pluralidad de magnitudes 20 de entrada se determina, mediante un modelo 21 de la presión de la cámara de combustión, la presión de la cámara 4 de combustión del motor 1 de combustión interna en función del ángulo de giro del cigüeñal 14. En el caso de las magnitudes 20 de entrada, puede tratarse de la presión en el tubo 6 de admisión, el número N de revoluciones del motor 1 de combustión interna, la masa de combustible a inyectar, la temperatura del aire aspirado, la temperatura del motor 1 de combustión interna y / o de otras magnitudes de funcionamiento del motor 1 de combustión interna.

De forma alternativa o complementaria, es posible que a la cámara 4 de combustión esté asociado un sensor con el que puede medirse la presión en la cámara 4 de combustión en función del ángulo de giro del cigüeñal 14.

Con ayuda de un sensor se mide la presión con la que las válvulas 8 de inyección inyectan el combustible en la cámara 4 de combustión. Para ello, por ejemplo, un sensor de presión puede estar asociado al acumulador de presión, el denominado Common Rail (conducto común), por medio del cual están conectadas entre sí las válvulas 8 de inyección del motor 1 de combustión interna. Como resultado se dispone entonces de la presión 22 del conducto.

En un bloque 23 de la figura 2 se determina el ángulo W_p de giro del cigüeñal 14 en el que la presión de la cámara de combustión determinada por el modelo 21 de la cámara de combustión es igual a la presión 22 del conducto. A este ángulo W_p de giro se le suma en un bloque 24 una distancia D_W_p de seguridad, de tal manera que se obtiene un primer ángulo de terminación anormal de la siguiente manera:

W1=W_p+D_W_p

El controlador 16 determina, tal como se ha explicado, el ángulo ZW de encendido a partir de otras magnitudes de funcionamiento del motor 1 de combustión interna. Este ángulo ZW de avance se toma en un bloque 25 para sumarlo después a una distancia D_ZW de seguridad en un bloque 26. Con esta distancia de seguridad puede tenerse en cuenta la velocidad definitiva de combustión del combustible inflamado. Especialmente, con ello puede tenerse en cuenta que debido a la velocidad definitiva de combustión todavía se dispone de un periodo definitivo hasta que el frente de la llama alcanza la válvula 8 de inyección y con ello pueda provocar un daño en la válvula 8 de inyección abierta. Con ello, como segundo ángulo de terminación anormal se obtiene:

W2=ZW+D_ZW

Con un bloque 27 se selecciona el primero de los dos ángulos W1 y W2 de terminación anormal. Un bloque 28 transmite este primer ángulo como ángulo W_ABB de terminación anormal.

En un bloque 29 se comprueba si el ángulo KW_akt actual de giro del cigüeñal 14 es igual o posterior al ángulo W_ABB de terminación anormal. Si no es este el caso, entonces mediante un bloque 30 se introduce un nuevo ángulo KW_akt de giro del cigüeñal 14 para repetir después la comparación el bloque 29. Este bucle de los bloques 29 y 30 se realiza hasta que, en el bloque 29, el ángulo KW_akt de giro actual sea igual o mayor que el ángulo W_ABB de terminación anormal. En este caso se continúa el procedimiento con el bloque 31.

En un bloque 32 se consulta el estado de la o las válvulas 8 de inyección. Esto puede tener lugar mediante un sensor o también con ayuda del controlador 16. Este estado se transmite entonces desde el bloque 32 al bloque 31.

En el bloque 31 se consulta si la o las válvulas 8 de inyección están abiertas. Si es este el caso, entonces un bloque 33 cierra inmediatamente la o las válvulas 8 de inyección. Después se termina el procedimiento con el bloque 34. Si, por el contrario, no está abierta ninguna válvula 8 de inyección, entonces se termina el procedimiento inmediatamente con el bloque 34.

Tal como se ha mencionado, el procedimiento descrito anteriormente se lleva a cabo en cualquier estado de funcionamiento o en todos los estados de funcionamiento del motor 1 de combustión interna. El procedimiento es independiente del estado de funcionamiento del motor 1 de combustión interna. Esto puede conseguirse, por ejemplo, porque el procedimiento se lleva a cabo en intervalos temporales predeterminados sin que se tenga en cuenta en este caso el estado de funcionamiento del motor 1 de combustión interna. Por consiguiente, el procedimiento se repite de forma continua en todos los estados de funcionamiento. A este respecto, los intervalos temporales entre los ciclos continuos individuales son en especial aproximadamente iguales. En lugar de los intervalos temporales iguales, también pueden estar previstas distancias angulares iguales, por ejemplo, del cigüeñal 14.

El procedimiento descrito, con el que la inyección de combustible en la cámara 4 de combustión se termina antes de su inflamación, puede activarse o desactivarse ventajosamente de forma encauzada. Con ello puede ahorrarse tiempo de cálculo en el controlador 16. Igualmente, con ello puede tener lugar, con el procedimiento desactivado, una inyección de combustible durante la fase de trabajo del motor 1 de combustión interna, con la que puede calentarse, por ejemplo, un catalizador.

Claims (7)

1. Procedimiento para poner en funcionamiento un motor (1) de combustión interna, especialmente de un automóvil, en el que, durante una fase de compresión, en un primer modo de funcionamiento, y durante una fase de admisión, en un segundo modo de funcionamiento, se inyecta combustible directamente en una cámara (4) de combustión delimitada por un pistón (2), y en el que se inflama el combustible inyectado en la cámara (4) de combustión, caracterizado porque se determina un primer ángulo (W1) de terminación anormal para la inyección, ángulo dependiente de la presión ejercida en el combustible a inyectar y de la presión en la cámara (3) de combustión, porque se determina un segundo ángulo (W2) de terminación anormal para la inyección, ángulo dependiente del ángulo (ZW) de encendido, y porque el primero de los dos ángulos (W1, W2) de terminación anormal se compara (29) con el ángulo (KW_akt) de giro actual del cigüeñal (14).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer ángulo (W1) de terminación anormal para la inyección se compone del ángulo (W_p) de giro del cigüeñal (14), en el que la presión (21) en la cámara (4) de combustión es igual o mayor que la presión (22) ejercida en el combustible a inyectar, (presión del conducto), y de una distancia (D_W_p) de seguridad.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo ángulo (W2) de terminación anormal para la inyección se compone del ángulo (ZW) de encendido y de una distancia (D_ZW) de seguridad.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en cuanto el ángulo (KW_akt) de giro actual del cigüeñal (14) sea igual o mayor que el primer ángulo (W_ABB) de terminación anormal seleccionado, se cierra una válvula (8) de inyección abierta (33).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por su repetición continua en intervalos temporales o distancias angulares especialmente iguales.

6. Medio de control eléctrico, especialmente memoria de sólo lectura, para la utilización en un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, para un controlador (16) de un motor (1) de combustión interna, especialmente de un automóvil, en el que está almacenado un programa que puede ejecutarse en un ordenador, especialmente en un microprocesador, y es apropiado para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Motor (1) de combustión interna, especialmente para un automóvil, con una válvula (8) de inyección, con la que, durante una fase de compresión, en un primer modo de funcionamiento, y durante una fase de admisión, en un segundo modo de funcionamiento, puede inyectarse combustible directamente en una cámara (4) de combustión delimitada por un pistón (2), con una bujía (9) de encendido con la que puede inflamarse el combustible inyectado en la cámara (4) de combustión, y con un controlador (16) con el que pueden controlarse la válvula (8) de inyección y la bujía (9) de encendido, caracterizado porque mediante el controlador (16) se determina un primer ángulo (W1) de terminación anormal para la inyección, ángulo dependiente de la presión ejercida en el combustible a inyectar y de la presión de la cámara (3) de combustión, porque mediante el controlador (16) se determina un segundo ángulo (W2) de terminación anormal para la inyección, ángulo dependiente del ángulo (ZW) de encendido, y porque mediante el controlador (16) se compara (29) el primero de los dos ángulos (W1, W2) de terminación anormal con el ángulo (KW_akt) de giro actual del cigüeñal (14).