CN101663478B - 用于校准燃料喷射器的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于内燃机的校准的方法和装置，其中，在每个燃料喷射器中，至少一个可借助于电信号而被操纵的执行元件(1)与至少一个带有一定喷射速率用于将燃料通过喷射孔供应到燃烧室(5)中的喷射阀(3)相互作用，其中，在流量时间图中流过喷射孔的燃料的流量特征线(12，23，35)偏离理论特征线(11，22，34)时，施加在执行元件(1)处的电信号的信号特征线(14a，27，42)在电压时间图中相对于理论特征线(13，26，41)借助于控制设备而被改变。
Description
本发明涉及根据权利要求1和13的前序部分的用于校准用于内燃机的燃料喷射器的方法和装置，其中，在每个喷射器中，至少一个可借助于电信号而被操纵的执行元件(Aktorenelement)与至少一个带有一定喷射速率用于将燃料通过喷射孔供应到燃烧室中的喷射阀相互作用。
例如从文件EP 0 536 676 A2中已知的是，在依赖于操控信号(Ansteuersignal)给内燃机定量分配(zumessen)燃料的燃料喷射器中提供了数据载体，该数据载体包含有修正值(Korrekturwert)，利用该修正值，可补偿各个喷射器的误差(Fehler)。
为此设置成，修正数据在每个燃料喷射器的制造结束时(其由于一定的制造公差而在喷射器之间是有所不同的并且实施燃料输出(Brennstoffabgabe))被获取并读入到数据载体中。在此，该数据载体可构造成条形码(Barcode)或构造成仅可读的存储元件。那么，在控制器的首次初始化时，这些数据可被读入到控制器的可写的存储器中且在之后的运行中用于控制内燃机。
现代的控制器包括各种功能，其同样地获取与喷射器相关联的修正值。一种这样的功能例如称为调零校准(Nullmengenkalibrierung)。数据储存在控制器中并用于控制内燃机。
通常在试验台内在多个试验点处检测燃料喷射器的特有的喷射量。在此，获取相应的喷射量相对于理论值的偏差(Abweichung)。这些数据在喷射器制造时以合适的形式加载(anbringen)在喷射器上。在发动机装配和/或在车辆装配时，这些数据通过合适的系统(例如，通过诊断接口)被传输到控制器中。就此而言存在用于存储这些数据的方法，其使得在出现故障时更换控制器成为可能。这从文件EP 1400674B1中是已知的，根据该文件，数据分类存储在存储装置中，该存储装置直接布置在燃料喷射器处。供使用的数据用于调零校准和/或量修正。
在此经常产生这样的问题，即，为了相应地计算修正数据且使得这些修正数据在燃料喷射器上可被识别，则燃料喷射器的、在其整个工作范围中的单独测定是必要的。在试验台中实施的这样的测定方法极其耗时且成本高昂且因此不适合于大量燃料喷射器的大批量地进行的生产。
此外应注意的是，燃料喷射器会经受老化过程，该老化过程要求燃料喷射器的对其相应功能状况的匹配(Adaption)。
在文件DE 41 34 304 A1中同样检测用于内燃机的燃料喷射装置的电磁阀的多个参量，以便在喷射过程中简易且快速地补偿不均匀性。在试验台上确定这样的系数(Faktor)，该系数作为存储的调整参量系数来改变之前所计算的用于操控电磁阀的调整参量。随后，这些经改变的调整参量操控电磁阀。所获取的系数依赖于之前检测的参量而如此地选择，即，首先调整可选的内燃机的运行参量，接着，调整参量的确定，基于布置在内燃机的轴上的标记而被计算，独立地针对该电磁阀而获取实际的调整参量，由此，基于所计算的调整参量和所获取的调整参量而给出该系数。此外，在相应地多次重复这些所提及的步骤直到确立优化的功能状况之前，实施所获取的系数的保存和该可选的运行参量的改变。
从文件US 4 402 294 A中已知一种喷射系统，该喷射系统实施燃料喷射器校准。为了进行校准而使用这样的一种校准电阻，该校准电阻具有与喷射器的燃料流量率相关的电阻。将由此所获取的值与来自表格的数值建立关系。然后根据该数值而确定这样的持续时间——为了以获得所期望的燃料喷出量的方式来驱动喷射器，该持续时间是必需的。
此外已知的是，利用在试验台中获取的测量数据将喷射器分类到不同的组中，以便由此(例如地)获得一组带有较低燃料输出的喷射器，一组带有较高燃料输出的喷射器，以及一组相对于燃料输出理论值无明显偏差的喷射器。那么随后在机动车中仅来自同一组的燃料喷射器被装入，并且，控制器相应地被编程。作为缺点，这种分类导致了将大量的仍然带有有区别的燃料输出特性(尽管这种区别较轻微)的喷射器合并到一个组中，以使得，即使使用来自同一组的燃料喷射器，在同一发动机中被使用的燃料喷射器的优化的彼此协调(Aufeinanderabstimmung)也是不存在的。
因此，本发明的目的在于，提供用于校准内燃机所用燃料喷射器的方法和装置，该方法/装置使得在存在各个燃料喷射器的不同的燃料输出特性的情形下大量的燃料喷射器的省时且低成本的校准成为可能。
本目的在方法方面通过权利要求1的特征而实现，并且，在装置方面通过权利要求13的特征而实现。
本发明的一个要点在于，在一种用于校准用于内燃机(该内燃机在每个燃料喷射器中具有至少一个可借助于电信号而被操纵的执行元件，该执行元件与至少一个带有一定喷射速率用于将燃料通过喷射孔供应到燃烧室中的喷射阀相互作用)的燃料喷射器的方法中，在流量时间图中流过喷射孔的燃料的流量特征线偏离(abweichen)理论特征线时，施加(anlegen)在执行元件处的电信号的信号特征线借助于控制设备在信号时间图中相对于理论特征线而被改变。如果使用压电元件作为执行元件，其与带有第一行程长度的控制阀相互作用，该控制阀控制带有第二行程长度的喷射阀，则电信号优选地为电压值。备选地，喷射阀可直接与压电元件相互作用。所以，信号特征线是电压特征线，信号时间图是电压时间图，信号上升(Signalanstieg)是电压上升，信号降落(Signalabsenkung)是电压降落，并且，信号值是电压值。电压被用于相应地使压电元件偏移(auslenken)。通过确定流量特性和由此确定流量特征线相对于其理论特征线的偏差，借助于电压特征线以简易且快速的方式重新调节(Nachregelung)或者说修正喷出的燃料含量是可能的，而不依赖于这样的修正控制是否被使得在其值方面在喷射器上可外部地被识别或被保存在与喷射器或与控制设备相连接的存储器中。由于呈压电晶体形式的压电元件的偏移相对于施加在其处的电压成比例且因此控制阀和喷射阀的第一和第二行程长度相当不同(unterschiedlich stark ausfallen)，所以不同强度的流量可作为对于之前所测量的实际流量的修正而被实施。
以该方式可修正各种类型的燃料输出偏差，例如喷射器内存在的流量中的误差，在喷射器内由于控制阀和喷射阀的操纵之间存在的时延而存在的停滞时间误差(Totzeitfehler)，或者，空行程误差(Leerhubfehler)的修正，该空行程误差例如可能在压电晶体在其与控制阀达成接触之前必需首先经过(zurücklegen)一定的空行程长度的情形下出现。
通过电压曲线(Spannungsverlauf)的基于未按照期望地延伸的流量特征线的测量的这样的修正，可获得带有在燃料喷射器的整个工作范围内在其流量特性方面带有极小的偏差或甚至不带偏差的大量的燃料喷射器，其中，在大批量生产的范围内仅须在工作范围内在个别(einzelne)的工作点中对燃料喷射器进行测定。
作为对直接的压电控制(即，借助于直接作用在喷射阀上的压电元件来控制燃料喷射器)或间接的压电控制(即，借助于作用在对喷射阀进行控制的控制阀上的压电元件来控制燃料喷射器)的备选，同样可使用直接的或间接的磁控制，其中，代替压电元件使用以磁的方式起作用的元件以用于使喷射阀和/或控制阀偏移。
因此，可例如使用电压值或电流值和/或电容值或电感值作为电信号。在此，关于电容值，对于所使用的电荷适用Q＝C·U且对于能量适用E＝1/2·C·U2，并且，关于电感值，对于通量适用Φ＝L·I且关于所使用的能量适用E＝1/2·L·I2。
对于用于确定各个燃料喷射器的流量特性的可行的分析而言，可考虑使用(heranziehen)从喷射嘴中射出的燃料的喷射轮廓(Spritzprofil)本身、出自喷射特性的时域的离散特征值，或出自喷射特性的频域的离散特征值。
这些值通常使得能够获取燃料喷射器的流量特性和功能性中的各个误差，即，例如，确定空行程或停滞时间。
依赖于这些所获取的误差，可在施加在压电元件处的电压中，例如在操控起始(TB)、加载能量(E)以及操控持续时间(TA)和/或喷射持续时间(TE)中，实施相应的修正，并且由此至少在这样的变动范围(Variationsbereich)内获得误差的修正，该变动范围允许了燃料喷射器的彼此协调。
一般地，在此通过操控持续时间或者说喷射持续时间来补偿流量特性中的偏差和空行程偏差，相反，通过能量调节来补偿运行中的燃料喷射器中的动态偏差。
有利地，为了保证质量，由此取得的修正数据直接被反馈到后面的燃料喷射器的制造过程中。
为了修正穿过喷射孔和/或喷射嘴而射出的燃料的流量误差，可在出现过高或过低的流量值时使至少部分同时地施加的电压提前或推迟发生变更(例如降落)。这基于压电晶体的较短的或较长的移位(Verschiebung)或者说偏移而使得缩短的或延长的操控持续时间成为可能。
在出现推迟的流量起始和推迟的流量结束时，可实施提前的电压上升和提前的电压降落。这导致停滞时间误差的修正(其可通过相应地较早的或较迟的电压的施加而被修正)。
为了修正空行程误差，在出现推迟的流量起始和减缓的流量上升时实施提前的电压上升和最大电压值的提高，且必要时实施推迟的电压降落。这导致在电压时间特征线中这样的电压曲线，即，该电压曲线在结果方面造成流量时间特征线的这样的流量曲线--该流量曲线在特征线下具有与所期望的理论特征线的积分值(Integralwert)相同的积分值。此外，这同样适用于所力求的经修正的用于修正停滞时间和流量误差的流量特征线。
在出现空行程误差时，对于喷射阀的开启而言所必需的开启电压值被提高，以便由此在在这种情况中作为修正更快地上升的电压的更高的电压下实现喷射阀开启。这导致喷射阀自这样的电压值起开启，即，该电压值与名义喷射器(Nominalinjektor)的开启时刻相对应且如此地高，即，使得后续的有所提高的最大电压不会导致过长的燃料喷射。
为了确定偏离理论特征线的流量特征线，在试验台设备中以依赖于时间的方式(Zeitabhaengig)测量实际的流过喷射孔的燃料量。备选地，可考虑使用在频域中的经转换的值。
优选地，所产生的电压特征线的改变值(Veraenderungswerte)作为修正值存储在与喷射器相连接的数据载体中。
一种用于内燃机所用的燃料喷射器的校准的装置(在该内燃机中，每个燃料喷射器具有压电元件、控制阀以及喷射阀)有利地额外地具有这样的控制设备——在流量时间图中出现偏离理论特征线的、流过喷射孔的燃料的流量特征线时，该控制设备控制施加在压电元件处的电压的电压特征线在电压时间图中相对于理论特征线的改变。
其它有利的实施形式从从属权利要求中产生。
可从下面结合附图的描述中得知优点和合理性。其中：
图1A在示意性的视图中显示用于在燃料喷射器中直接操控喷射阀的结构的各个元件；
图1B在示意性的视图中显示用于在燃料喷射器中通过控制阀间接操控喷射阀的结构的各个元件；
图2A-D在电压时间图和流量时间图中显示出现流量误差时的特征线和其修正；
图3A-D在电压时间图和流量时间图中显示出现停滞时间误差时的特征线；以及
图4A-D在电压时间图和流量时间图中显示出现空行程误差时的特征线。
图1A中，在示意性的图示中显示了用于燃料喷射器中的直接操控的结构的各个元件；
包括执行器1(此处是压电元件)和作为阀3起作用的针阀的喷射器联结在轨7处。从电的方面来看作为电容器9而起作用的压电执行器1由控制器6(ECU)所操作。
喷射阀3实施向上运动和向下运动，其作用到喷射嘴4上。喷射嘴示例性地包括呈喷射针阀形式的笔头状(Stilfoermig)元件，其可通过向上运动和向下运动而关闭或打开开口。如果存在敞开的开口，围绕针阀的燃料流入到开口中，并且，通过喷射孔被喷射到燃烧室5中。
图1B中，在示意性的图示中借助于各个元件而显示了用于燃料喷射器中的通过控制阀2的喷射阀的间接操控的结构。此处，借助于控制器6而被操纵的促动器(压电的或磁体)1此时作用到控制阀2上，该控制阀2通过管路2a而具有回路。在此，在促动器1触碰到控制阀2之前，其必须先消除空行程。
控制阀2通过节流阀8b与带有回位弹簧的液压缸8a相连接，该液压缸8a以并联于节流阀8c的方式而被连结。通过两个元件8a和8c，控制阀2联结到轨7处。
从该处出发，存在至喷射阀3的进一步的连接，该喷射阀3又通过喷射嘴4将燃料喷射到燃烧室5中。
图2A-E中，借助于电压时间图和流量时间图显示了流量误差和其修正。图2A中，示出了根据带有上升阶段(Abschnitt)或者说正沿(positiven Flanke)10a、最高值10b、以及下落阶段或者说负沿(negativenFlanke)10c的电压特征线10的、正常地施加的电压。电压特征线阶段10a和10c之间存在的时间间隔是这样的时间，即，在该时间内发生通过喷射孔的喷射。这被称作喷射持续时间，当液压滞后(此处未标识出)等于零时，该喷射持续时间在这种情况中与操控持续时间(TA)相同。
图2B中，在流量时间图中示出了根据给定的理论特征线的所期望的流量特征线11和所测量的实际的流量特征线12。在理论特征线11中，再次存在有上升的特征线阶段11a、带有最大值的特征线阶段11b、以及下降的(absteigend)特征线阶段11。
在所测量的流量特征线中，存在有流量误差时会存在所不期望的、有所提高的最大值12b。同样地再次存在上升的和下降的阶段12a和12c。
在图2C中，如在图2D中一样，同样以虚线的形式显示了这样的特征线，该特征线被用于促成经修正的流量值。相对于带有阶段13a、13b、以及13c的理论特征线13，促成有所提高的流量的补偿该电压特征线14a和14b如此地构造，即，使得从阶段13a和13b出发，发生电压的提前降落，以使得获得根据参考标号15的相对于至当前为止的喷射持续时间16有所缩短的操控持续时间(TA)。这导致根据图2D的流量时间图中所示的缩短的流量持续时间或者说喷射持续时间19，其相对于至当前为止的流量持续时间或者说喷射持续时间20而言按照特征线阶段18d而缩短。
设置用于补偿的流量特征线18(其由有所改变的电压特征线14a、14b所引起)相对于带有阶段17a、17b、以及17c的理论特征线17具有阶段18a、18b、18c、以及18d。两个特征线17和18具有相同的流量积分。
由此，通过根据阶段14a和14b的电压特征线的提前降落，以在阶段18c中发生提前的流量降落的方式，有利地获得了带有根据阶段12b的过高的流量额的流量误差的补偿。
图3A-D中，显示了停滞时间误差及其修正。图3A中，电压特征线21具有上升阶段21a、最大值21b、以及下降阶段21c。此外，在阶段21d中显示了根据阶段21a的电压上升的延迟的起始。
图3B中，流量的理论特征线22具有阶段22a、22b、22c、以及初始的阶段22d。在出现停滞时间误差时，与功能有关地，发生根据带有上升阶段23a、最大值23b以及下降阶段23c的虚线状的流量特征线23的流量的起始的时间上的延迟。这通过涉及延迟的上升的横坐标中的间隔24并利用用于流量的延迟的结束的时间间隔的参考标号25而示出(向变迟方向移位)。
图3C中，示出了相对于理论特征线26被修正以用于促成停滞时间误差的补偿的电压特征线27。带有上升阶段27a，最大值27b以及下降阶段27c的、促成修正的电压特征线27相对于带有阶段26a、26b、26c、以及26d的理论特征线26具有向前的时间上的偏置，其通过横坐标中的参考标号28和29而示出。除了以下这一点以外，间隔28和29对应于时间间隔24和25，即，间隔28和29是相对于电压理论特征线的向前偏置(向提早的方向移位)的时间偏置。
图3D中，示出了通过修正所获得的、带有阶段30a，30b，以及30c的流量特征线30，该流量特征线30示出了在考虑上述停滞时间误差下的重新调节的燃料喷射器的经修正的流量。
图4A-D中，以电压特征线和流量特征线的形式示出了空行程误差和所属的修正。如图4A中所示的电压特征线31具有阶段31a、31b、以及31c，其带有在电压值32和33处的可预先确定的开启电压。出现了根据阶段31d的延迟的电压上升。
图4B中，示出了以图4A中示出的电压特征线为基础的流量特征线34和所不期望的偏差特征线35。从该图示中可明显地看出，偏差流量特征线35相对于带有阶段34a-d的理论特征线34具有根据阶段35a的缓慢的上升、根据阶段35c的有所不同的降落、以及根据参考标号36，37的、关于流量特征线的起始和结束的时间上的偏置。最大值35b对应于根据理论特征线的最大值34b。因此，相应于之前有效的持续时间39产生缩短的操控持续时间(TA)38。
图4C中，示出了用于促成修正的流量的、相应地被修正的电压特征线。电压特征线42具有相对于带有阶段41a、41b、41c、以及41d的理论特征线41而言更陡的上升42a(带有更高的最大值42b及更陡的下降42c)。存在于理论特征线41中的开启电压值32，33在偏差特征线42中按照电压值43，44向上偏置。偏差特征线42具有根据参考标号45的操控持续时间(TA)。
作为根据图4C的修正的电压信号的结果，根据图4D，获得带有阶段46a、46b和46c以及46d的修正的流量特征线46，从而实现了特征线35的所不期望地偏离的流量值的补偿。特征线46与特征线34相同。
根据本发明的方法是以直接的形式使用喷射器参量的方法，对其而言，所谓的喷射器离散(Injektorstreuung)，即，不同的燃料喷射器之间的流量特性中的偏差，可被补偿。
由于喷射器参量以直接的形式被提供以供使用，所以，通过与其它的方法(举例而言，最小燃料质量匹配(MFMA)或者气缸均衡(Cylinder-Balancing))相耦接，根据本发明的方法的匹配是轻易地可行的。几乎完全的燃料喷射器特性和参数的修正是可能的。
申请材料中所公开的所有特征都作为发明实质而得到保护——只要它们，独自地或以组合的形式，相对于现有技术而言是新颖的。
Claims (11)
1.一种用于校准用于内燃机的燃料喷射器的方法，其中，在每个燃料喷射器中至少一个可借助于电信号而被操纵的执行元件(1)与至少一个带有一定喷射速率用于将燃料通过喷射孔供应到燃烧室(5)中的喷射阀(3)相互作用，其特征在于，流量特征线(12，23，35)是在试验台设备中测量的，其中，所述流量特征线在流量时间图中以依赖于时间的方式示出了流过所述喷射孔的燃料量，在流量特征线(12，23，35)偏离理论特征线(11，22，34)的情形下，在信号时间图中施加在所述执行元件(1)处的电信号的信号特征线(14a，27，42)相对于理论特征线借助于控制设备而被改变，并且所述电信号是所施加的电压，所述信号特征线(14a，27，42)是电压特征线，而所述信号时间图是电压时间图，其中，在出现过高或过低的流量值(12b)时，为至少部分同时地施加的信号实施提前的或推迟的信号降落(27c)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在出现推迟的流量起始(23a)和推迟的流量结束(23c)时，实施提前的信号上升(27a)和提前的信号降落(27c)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在出现推迟的流量起始和减缓的流量上升(35a)时，实施提前的信号上升和最大信号值(42b)的提高。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，实施推迟的信号降落。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，提高为所述喷射阀(3)的开启而设置的开启信号值(43，44)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行元件构造成压电元件，所述压电元件与带有第一行程长度的控制阀(2)相互作用，所述控制阀(2)控制带有第二行程长度的所述喷射阀(3)，或者，所述压电元件无需控制阀而直接与所述喷射阀相互作用。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行元件构造成磁元件，所述磁元件可选地通过控制阀(2)与所述喷射阀(3)相互作用。
8.根据权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述信号上升是电压上升，所述信号降落是电压降落，并且，所述电信号的信号值是电压值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定偏离所述理论特征线(11，22，34)的流量特征线，所测量的关于流过所述喷射孔的燃料量的时值被转换到频域中且在频域中被再处理。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所产生的信号特征线(14a，27，42)的改变值作为修正值存储在与喷射器相连接的数据载体中或印在与喷射器相连接的数据载体上或者与不同的电阻值相关联。
11.一种用于校准用于内燃机的燃料喷射器的装置，其中，每个燃料喷射器具有至少一个可借助于电信号而被操纵的执行元件(1)，所述执行元件(1)与至少一个带有一定喷射速率用于将燃料通过喷射孔供应到燃烧室(5)中的喷射阀(3)相互作用，其特征在于，流量特征线(12，23，35)是在试验台设备中测量的，其中，所述流量特征线在流量时间图中以依赖于时间的方式示出了流过所述喷射孔的燃料量，设有控制设备，在流量特征线(12，23，35)偏离理论特征线(11，22，34)的情形下，该控制设备控制施加在所述执行元件(1)处的电信号的信号特征线(14a，27，42)的在信号时间图中相对于理论特征线的改变，并且所述电信号是所施加的电压，所述信号特征线(14a，27，42)是电压特征线，而所述信号时间图是电压时间图，其中，在出现过高或过低的流量值(12b)时，为至少部分同时地施加的信号实施提前的或推迟的信号降落(27c)。
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