CN102459855A

CN102459855A - 用于监控喷油嘴运行的方法

Info

Publication number: CN102459855A
Application number: CN2010800253880A
Authority: CN
Inventors: E.托纳; K.巴尼克尔; S.富克斯
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: DE102009026840A1; WO2010142488A1; CN102459855B; EP2440767A1

Abstract

本发明涉及一种用于监控内燃机喷油嘴运行的方法，其中，喷油嘴在运行期间多次相继的喷油，其中，在运行期间由压电致动器—它与喷油嘴共同作用—产生电信号，其中为了执行本方法，对于在两次喷油之间的喷油间歇中的信号的时间曲线进行放大，并且对这个放大的信号进行扫描。此外，本发明还涉及一种用于监控内燃机喷油嘴运行的装置（44）、一种计算机程序以及一种计算机程序产品。

Description

用于监控喷油嘴运行的方法

本发明涉及一种用于监控内燃机喷油嘴运行的方法以及一种用于监控内燃机喷油嘴运行的装置。

现有技术

在用于喷油嘴或者喷油阀—所述喷油嘴或者喷油阀与蓄压管压电致动器共同作用—的控制器中没有公开针对调谐（Tuning）的有效措施，并且因此公开了通过外部的调谐控制器来改变运行变化。到目前为止的用于防止调谐的保护机构主要是对付所谓的芯片调谐，例如防止控制器的打开，和/或防止存取控制器的软件级（software-ebene）。

在一种变型方案中，外部的调谐控制器直接在所述与喷油嘴共同作用的控制器的一次主喷油之后停止继续喷油。通过这一措施，使喷油嘴的喷油针阀的关闭滞后，并且因此有更大量的燃油被喷射到气缸中。

本发明的公开

本发明涉及一种用于监控内燃机喷油嘴运行的方法。在喷油嘴运行期间进行多次相继正常的、伴随运行的喷油。此外，在模块运行期间—所述模块与喷油嘴共同作用并且/或者被设计为喷油嘴的部件—产生电信号。为了执行本方法，对于在两次喷油之间的至少在喷油间隙中的信号的时间曲线予以放大，并且对这个放大的信号进行扫描。

通过对于与喷油嘴的共同作用的压电促动器进行控制，产生在喷油嘴正常运行时规定的喷油。在这种情况中，通过控制器提供所述控制。

在本发明的方案中，在放大信号时将信号的最大幅度或者电平限制在一种最大的数值内。通过所述放大，典型地提高了所述信号的分辨率。为了保护用于信号的扫描模块或者分析模块，防止被放大的信号的数值太高，在本发明的可能的实施形式中将信号的幅度限制在最大的数值内或者限制在极限值内。

通常，所述信号在重复的正常的喷油范围中时具有高的数值。然而在两次喷油之间，所述信号的数值却是低的。为了执行本方法，自始至终地或者至少局部地在喷油之间放大所述信号。在这种情况中，与原来测量的信号相比，对于形成的放大信号产生了提高的数值。在执行本方法时，可对那些超过规定的最大数值或者极限值的提高了的数值进行削减，并且据此进行限制，其做法是例如给这些所述的提高的数值设置极限值。采用本方法典型地只是放大了在喷油之间的信号的低数值，这样，至少在两个喷油或者控制之间的信号的分辨率更高了。因此也可以更好地分析所述喷油之间或者控制之间的信号曲线。

可以规定，检查所述信号曲线是否存在不规则性。为此，可将信号的实际曲线与信号的标准化的正常曲线进行比较。当识别出有不规则性存在，或者所测量的信号的曲线与标准的信号有偏差时，就表明在运行中出现了故障。这个故障例如是由于不允许的介入到喷油嘴的运行曲线中所引起的。所述的不规则性通常表示出变化的或者附加的喷油和/或控制。

通常，待分析的信号是通过喷油嘴的模型的和/或与喷油嘴共同作用的模型的、例如压电致动器的固体声所产生的，并且作为处在模型上的电压信号来提供。

本发明也涉及一种用于监控或者检查内燃机喷油嘴或者喷油阀运行情况的装置，其中，对于喷油嘴来说，在运行期间多次相继地为正常运行而喷油，并且其中在运行期间由喷油嘴的至少一个模型产生电信号。设计这个装置是为了对于在两个喷油之间的喷油间隙中的信号的时间曲线进行放大，并且对这个放大的信号进行扫描。

此外，这个装置还具有信号放大器，设计这个信号放大器是用于放大至少在两次喷油之间的信号。此外，这个装置还包括保护电路，设计这个保护电路是为了对信号的放大进行控制。在这种情况中，保护电路的设计是为了将信号数值的放大限制或者约束在最大的幅度范围内。为了对于已被放大的信号进行分析，该装置还具有用于扫描所述已被放大了的信号的扫描模块。

本方法通常适用于检查喷油嘴的喷油过程。所述信号通过模块、例如通过压电致动器在喷油嘴的针阀关闭时产生，并且至少局部地放大，并且因此使分辨率更高。将信号的曲线与一种所期待的曲线进行比较。采用本发明可以验证通过不规则性而引起的信号的偏差。在喷油区域内的规则的信号的幅度是高的。与之相比，所述信号的偏差是低的，并且是在规则的喷油之间出现的。

用于对于作为电压存在的信号进行放大的电路作为该装置的部件可以包括具有一种输入分压器的信号放大器。通过改变在所述输入分压器上的电阻情况，可以改变电压的分辨率。若在规则的喷油或者控制时所选择的分辨率较高，则有可能在ASIC的、即“应用专用集成电路”（anwendungsspezifischen integrierten Schaltung）的管脚上施加的电压太高，这样会损坏这个电路。为此只允许在喷油-或者控制间歇期间、也就是在喷油或者控制之间可以使用高的分辨率。由于这个原因，使用由微控制器（μC）操作的保护电路，这种保护电路的设计是用于限制已被放大的信号的数值。

为了例如在故障情况时或者在调谐控制时防止施加太高的电压，所述保护电路具有一种用于对于保护功能进行转换的比较器。在一种实施形式中，当在ASIC的输入管脚上施加一种大于例如3伏的极限值的电压时，典型地由微控制器控制的比较器被接通到一种比较小的放大以及比较低的分辨率，这么一来就保护了ASIC，使其免受损伤或者破坏。

为了对于所测得的信号进行分析，所述微控制器通过保护电路的比较器的电平可以识别出附加的控制。在这个实施形式中，将微控制器用作扫描模块，利用这个扫描模块通过比较器来扫描所述信号。

在本方法的一种实施形式中，为了对信号进行研究，就对于喷油嘴的针阀的关闭情况进行探测。在这种情况中，通过脉冲—喷油嘴针阀将这种脉冲传递到喷油嘴的本体上—出现一种固体声信号，这个固体声信号在一种表示特征的高频振动中从喷油嘴的和/或与该喷油嘴共同作用的压电致动器的电压信号里显示出来。为了更准确的验明，对于设计为主喷油的规则喷油以及随后为了进行测量的规则喷油之间的致动器电压予以加强。

在一种变型方案中，为了确定所述喷油嘴的针阀的关闭情况—所述针阀由压电致动器进行控制—对于在喷油嘴或者压电致动器上施加的电压的信号进行测量，并且从信号曲线来对于针阀的关闭情况进行验证。当喷油嘴的运行有故障或者应进行控制时，则这借助一种改变了的和/或滞后了的针阀的关闭可在信号中识别出来。

在所述变型方案中可以检查，信号曲线是否具有表明已变化了的针阀关闭情况的一种表示特性的特征或者一种不均匀性。在运行期间对于压电致动器进行控制，其中，在执行本方法时，在对压电致动器进行有规律的控制之后且将电压降低到0伏的数值之后的区域中的信号曲线被得以研究。为了对于信号并且因此对于针阀的关闭情况进行更加精确的分析，在本发明的框架内在所述控制以及因此所述喷油之后对于所述信号进行放大，并且通过此措施提高其分辨率。通过这一措施可识别一种可能存在的不规则性。

此外，通过信号曲线可验证一种固体声，该固体声通过针阀的关闭引起并且作用到喷油嘴和/或压电致动器上。针阀设置在喷油嘴的喷嘴中，在喷油嘴运行时由压电致动器通过至少一个阀门元件对于该针阀进行控制。

为了对于信号进行研究，可对这个信号进行处理。此外，可将具有角频率的带通滤波应用到这个信号上。此外，也可对信号的已确定的频率进行滤波。也可将信号进行平方以及相加。这样就可确定针阀关闭的时刻。当这个时刻与通常的时刻或者额定时刻有偏差时，这就表示存在一种不规则性，这个不规则性可能是由于运行上的故障或者外部的操作引起的。

为了能够对于这个信号进行分析，可借助快速模/数转换器（FADC）作为可能的扫描模块对于该信号进行扫描。因为这个要验证的信号在两个喷油之间只具有小的有效振幅，所以在本方法的一种实施形式中通过在FADC输入端上的电路至少在两个喷油之间的区域中放大这个信号。

通过停止一种调谐控制，使得在喷油之后所进行的针阀关闭在时间上往后推移，也就是说，当存在不规则的针阀关闭信号时，该信号就通常很滞后地出现。这种与所期待的针阀关闭的偏差也是存在下述情况的标志：即，一种调谐控制器控制着所述喷射系统，该喷射系统此外包括喷油嘴、压电致动器以及用于控制所述喷油的控制器。

因此，采用本发明可以验证一种外部的调谐控制器在喷油嘴上的有效性。这样一种类型的调谐控制器典型地安装到原始的控制器的线缆束上，并且通过对于喷油嘴的附加的控制而导致功率的提高。通过使用所述调谐控制器，通过功率的提高以及与此相联系的电机负荷的超载而会出现电机的加速磨损以及故障。通过识别所述的调谐方案，可防止对于原始制造商的与此有关联的不合理的保修要求。本发明可用于所谓的蓄压管—压电—控制器，这些控制器的设计是用于控制所述压电致动器的。

所述的装置的设计是用于执行所介绍的方法的所有步骤。其中，这个方法的单个的步骤也可由这个装置的一些单个的部件来执行。此外，该装置的一些功能或者该装置的单个部件的功能也可以转变为该方法的步骤。此外，也可以将本方法的一些步骤作为该装置的单个部件的或者整个装置的功能来实现。

从说明书以及附图可得到本发明的其它优点和方案。

当然，前面所述的以及后面还将说明的特征不仅可在各个已说明的组合中使用，而且也可在不脱离本发明的框架的情况下在其它的组合中应用，或者单独地应用。

附图简短说明

图1：内燃机喷油嘴运行曲线的简图；

图2：由现有技术已公开的用于分析在喷油嘴运行期间产生的信号的装置的简图；

图3：根据本发明的装置的实施形式的简图；

图4：在喷油嘴运行期间产生的信号的运行曲线的简图；

图5：用于分析所述信号的曲线简图。

本发明的一些实施形式

借助附图中的一些实施形式简示出本发明，并且在下面参考附图对本发明进行详细的说明。

对这些附图彼此相关并且有牵连地进行说明，相同的附图标记表示相同的部件。

图1的图表示出了时间箭头2和用于控制内燃机喷油嘴的有规律的常规的控制信号4，以及附加的被操作的控制信号6。在喷油嘴运行期间规定，这个喷油嘴进行有规律的喷射，这样，通过喷油嘴将空气—燃油—混合物喷射到内燃机的气缸中。为了激活喷油装置，通过有规律的控制信号4来控制喷油嘴，通常是控制作为喷油嘴部件的压电致动器。由控制器提供的控制信号4引起压电致动器的体积变化，通过这个压电致动器使喷油嘴的针阀产生运动，并且因此打开所述喷油嘴。详细地讲，这个有规律的控制信号4具有一种有规律的控制脉冲8。在喷油嘴有规律的运行期间每秒钟提供多个周期性重复的有规律的控制脉冲8。

为了在调谐措施(Tuningmassnahme)的框架中对喷油嘴功率的提高进行转换，可通过设置附加的控制信号6来改变喷油嘴的运行的有规则的曲线。在这种情况中，可通过一种影响喷油嘴功能的调谐控制器（Tuningsteuergerät）提供这种附加的控制信号6。为此，如此地提供附加的控制信号6，即附加的控制脉冲10在时间上紧随有规律的控制脉冲8之后。通过这一措施，喷油嘴保持更长时间的打开，并且因此喷油嘴的针阀关闭被滞后了。

总之，通过在喷油嘴的运行期间的有规律的控制信号4，在喷油嘴、例如压电致动器的至少一个部件中产生一种信号。这个信号具有典型的曲线或者额定曲线。当喷油嘴的运行受到干扰时，例如可能由于附加的控制信号6引起，信号的有规则的典型的曲线会发生变化，这在测量的信号的不规则性中明显可见。在本发明的框架内可求出用以证明可能存在的调谐方案的这种类型的不规则性。

在图2中示出的由现有技术公开的装置12示出了一种压电致动器14。设计这个压电致动器是用来操作喷油嘴的针阀。为此，这个压电致动器14通过例如在图1中示出的控制信号4、6来进行控制。通过这种控制，所述压电致动器14的体积发生变化，因此针阀产生运动。在针阀运动时，通过该针阀产生固体声。这种固体声反作用到压电致动器14上，并且在压电致动器14上施加的致动器电压16 U_致动器的曲线变化中可看出来。

此外，装置12还包括分压器18，它包括第一电阻20 R₁和测量电阻22R₂，这些电阻为串联。在这个测量电阻22上有测量电压24 U_测量。对这个测量电压进行分析，以研究喷油嘴的运行情况。此外，这个装置12还包括第三电阻26 R₃，它与测量电阻22 R₂并联。该装置12的ASIC 28包括第一比较器30，这个比较器通过ASIC 28的第一控制管脚32与输入分压器18连接。此外，这个比较器30还与快速的模-数转换器34（Fast Analog Digital Converter，FACD）连接。在ASIC 28的第二输入管脚36上连接着第三电阻26 R₃。在ASIC 28的内部，所述第二输入管脚36通过开关38与电子的元器件40连接，此外该电子元器件和ASIC 28外部的微控制器42（UC）连接。

在图3中示出的根据本发明的装置44的实施形式具有如借助图2所示的装置12的所有部件。

由在压电致动器14运行期间提供使用的致动器电压16 U_致动器的信号，通过分压器18提供测量电压24 U_测量来作为测量信号。这样，在这两个输入管脚（Eingangspin）32、36之间就存在有测量电压24 U_测量。为了使得在分析期间这个测量电压不损害ASIC 28，在此所介绍的根据本发明的方法的实施形式中规定，至少在时间上对所测量的信号、也就是测量电压24 U_测量的最大幅度进行限制。这种限制通过一种在本发明的框架内规定的在ASIC 28内部的保护电路48得以实现。所述保护电路包括起保护作用的比较器50。在该装置44的这个所描述的实施形式中，这个保护电路48的这个起保护作用的比较器50与附加的微控制器42连接。

测量电压24_测量的放大是由第一电阻20 R₁、测量电阻22 R₂、第三电阻26 R₃和开关38一起产生的。当所有所述电阻20、22、26相同大小时，并且开关38闭合时产生这样一种电路，在这种电路中第一电阻20 R₁与由第三电阻26 R₃和测量电阻22 R₂构成的并联电路串联接通，其中，这个电路具有第一电阻20 R₁的半个数值。这样在测量管脚32上的电压为致动器电压16 U_致动器的三分之一。在开关38打开时第三电压26 R₃没有影响，并且该电路仅由第一电阻20 R₁和测量电阻22 R₂构成的串联电路构成。然后在测量电阻22 R₂上的致动器电压16 U_致动器的一半下降，并且因此位于测量管脚32上的电压为所述致动器电压16的一半。采用上述实例可不同地放大测量电压24 U_测量。

本发明规定，当在ASIC 28的输入管脚32、36上存在的电压超过例如3伏的极限值或者极限电压时，起保护作用的比较器50将测量信号的最大值与极限值进行比较，并且减小了所述测量信号的放大，并且因此提供所述测量信号的较低的分辨率。在该装置44的本实施形式中规定，起保护作用的比较器50和附加的微控制器42形成一种扫描模块52的一些部件。借助这个扫描模块来扫描所述测量信号。在这种情况下，采用附加的微控制器42，通过起保护作用的比较器50的电平可识别测量信号的不规则性，并且因此可识别在必要时存在的喷油嘴的附加的控制情况。

在图4的曲线图58、60中示出了在压电致动器14上存在的信号54的可能的曲线。这两个曲线图58、60包括水平定向的时间轴62，沿着这个时间轴为毫秒计的时间。在时间轴62的上面示出了用于单位为伏特的信号54电压的垂直定向的轴64。在第一曲线图58中示出了信号54的完整的曲线。这个信号54包括一控制脉冲66，这个控制脉冲在大约-0.75毫秒到大约0毫秒的时间范围内具有高的幅度。当这个控制脉冲66衰减到时刻0毫秒之后，该信号54的曲线在很大程度上具有数值0。第二曲线图60示出对该信号54进行放大，以提供更高的分辨率。信号54的可能存在的不规则性作为在0毫秒时刻之后致动器的针阀关闭的滞后而出现。

图5包括三个曲线图70、72、74，它们分别具有水平定向的时间轴76，沿着这个时间轴所述时间以毫秒进行标注。在第一曲线图70中，在时间轴76的上面绘示出单位为伏特的电压的垂直定向的轴78。在第一曲线图70中示出了电压的信号80的曲线。这个信号位于喷油嘴的压电致动器上。这个信号80也包括控制脉冲79，这个控制脉冲一直延伸到大约0.2秒的时刻。从0.2秒起，这个信号80的曲线数值降低到大体为0伏。在曲线图72中在时间轴76的上面绘示出单位为伏特的电压的垂直定向的轴82。在这个第二曲线图72中有电压的信号84，这个电压位于FADC 34的输入端上。在这种情况下，这个信号84在大约0.7到大约1.6毫秒的区域中被放大。在这种情况下，沿着第三曲线图74的垂直定向的轴88，在时间轴76的上方示出了EMI信号86。在这里，EMI是喷射量指示器（Einspritz-Mengen-Indikator）的缩写。这个指示器很精确地测量出所喷射的量，并且提供燃油喷射量的比率的曲线。借助图5可以识别，在类似的时间内—在该时间内EMI信号86下降为零—出现有关针阀关闭的信号。

Claims

1.用于监控内燃机喷油嘴运行的方法，其中，对于喷油嘴来说在运行期间多次相继喷油，并且其中在运行期间产生电信号（54、80、84），其中为了执行本方法，对于在两次喷油期间的该信号（54、80、84）的时间曲线进行放大并且扫描。

2.按照权利要求1所述的方法，在这种方法中在放大信号（54、80、84）时将该信号（54、80、84）的最大幅度限制在一种最大值内。

3.按照权利要求1或2所述的方法，在该方法中检查该信号（54、80、84）的曲线是否存在不规则性。

4.按照前述权利要求中的任一项所述的方法，在该方法中，通过喷油嘴的至少一个部件的固体声来产生所述信号（54、80、84），并且该信号提供为电压信号。

5.按照前述权利要求中的任一项所述的方法，在这个方法中检查喷油嘴的针阀关闭的情况。

6.用于监控内燃机喷油嘴运行的装置，其中，对于喷油嘴来说在运行期间进行多次相继喷油，并且其中在运行期间产生电信号（54、80、84），其中，这个装置用来对于在两次喷油之间的信号（54、80、84）的时间曲线进行放大，并且对于放大的信号（54、80、84）进行扫描。

7.按照权利要求6所述的装置，该装置具有信号放大器，构成这个信号放大器是为了对于所述信号（54、80、84）进行放大。

8.按照权利要求6或7所述的装置，该装置具有保护电路（48），构成这个保护电路是为了对于所述信号（54、80、84）的放大进行控制。

9.按照权利要求8所述的装置，在该装置中构成保护电路（48），用来将信号（54、80、84）的最大幅度的放大限制在一种最大的数值内。

10.按照权利要求6至9中的任一项所述的装置，该装置具有用于扫描所述信号（54、80、84）的扫描模块（52）。

11.具有程序代码措施的计算机程序，当该计算机程序在计算机上或者在相应的计算单元上、特别是在按照权利要求6至10中的任一项所述的装置（44）中被执行时，执行按照权利要求1至5中的任一项所述方法的所有步骤。

12.具有程序代码措施的计算机程序产品，这些程序代码措施存储在计算机可读的数据载体上，当这个计算机程序在计算机上或者在相应的计算单元上、特别是在按照权利要求6至10中的任一项所述的装置（44）中被执行时，执行按照权利要求1至5中的任一项所述方法的所有步骤。