CN102575604A - 用于运行阀的方法和控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行借助于执行元件(102，104)操作的阀(100)，尤其是机动车的内燃机的燃料喷射阀的方法，其中，确定第一延迟时间(tab)，该第一延迟时间表征在用于执行元件(102，104)的控制信号(I)的第一变化的时间点(tET1)和阀(100)的与控制信号(I)的第一变化对应的第一运行状态变化的时间点(ts)之间的一个时间差。按照本发明，由第一延迟时间(tab)推断出阀(100)的至少一个第二延迟时间(t11)，该第二延迟时间表征在控制信号(I)的与第一变化不同的第二变化的时间点(tET0)和阀(100)的与控制信号(I)的第二变化对应的第二运行状态变化的时间点(t?ff)之间的一个时间差。
Description
现有技术
本发明涉及一种用于运行借助于执行元件操作的阀，尤其是机动车的内燃机的燃料喷射阀的方法，其中，确定第一延迟时间，该第一延迟时间表征在用于执行元件的控制信号的第一变化的时间点和阀的与控制信号的第一变化对应的第一运行状态变化的时间点之间的一个时间差。
本发明此外涉及一种用于运行这种阀的控制器以及一种计算机程序和一种计算机程序产品。
通常在实际的阀中不消失的（不是很小的）延迟时间是由此产生的，即在驱动阀的执行元件的控制参量和表征阀的运行状态的部件，如例如阀针的控制参量之间存在由电磁，机械和/或液压部件构成的作用链，它需要一个与其相应的配置以及与阀的运行参数(燃料压力，温度)相关的时间，以便将执行元件的控制参量传递到阀针上。
发明的公开
本发明的任务是，如此程度地改进开头所说类型的方法和控制器，即可以在尽可能小的费用下获得关于阀的不同的延迟时间的信息。
这个任务在开头所述类型的方法中按照本发明是如此解决的，由第一延迟时间推断出阀的至少一个第二延迟时间，该第二延迟时间表征在控制信号的与第一变化不同的第二变化的时间点和阀的与控制信号的第二变化对应的第二运行状态变化的时间点之间的一个时间差。
按照本发明认识到，至少在常规的由执行元件操作的阀的一些运行状态下，在阀的第一延迟时间和阀的至少一个与其不同的第二延迟时间之间存在很强的相互关系。在充分利用按照本发明的原理下，由此可以有利地在获知阀的第一延迟时间情况下，其例如常规地以测量技术方式确定，推断出阀的至少一个第二延迟时间。按照本发明的方法由此可以获取关于阀的第二延迟时间是信息，而为此不需要另外的昂贵的方法步骤，如例如另外的以测量技术方式测量阀的运行参量或设置附加的传感装置。本发明的另一个非常特别的优点在于，在获知第一延迟时间的情况下，该第一延迟时间例如可以比较简单地常规地以测量技术方式测量，可以推断出一个第二延迟时间，它由于阀的结构或要求的控制方法在一些情况下完全不可能借助于常规的测量技术的方法测量。
特别有利地，按照一个实施形式，按照本发明的方法可以这样地应用，即第一延迟时间是关闭延迟时间，和第二延迟时间是打开延迟时间。在许多常规的阀类型中，关闭延迟时间可以比较简单地由阀或包含在阀中的执行元件的运行参量确定。例如在电磁执行元件的情况下，对执行元件电流或执行元件电压的评估可以用于确定关闭延迟时间。与此相反，在常用的阀类型中，通常很难借助于这种测量技术的方法确定打开延迟时间。相应地，按照本发明的原理在考虑以测量技术方式测量的第一延迟时间下，可以有利地推断出第二延迟时间，从而可以省去将测量技术的措施用于确定第二延迟时间。
按照本发明的方法特别有利地应用于阀的弹道的运行区，其特征在于，阀的至少一个可运动的部件，例如阀针，完成一种弹道的轨道。
在按照本发明的方法的另一个非常有利的实施形式中规定，针对控制持续时间的不同的值确定第一延迟时间，在所述控制持续时间期间，所述执行元件被用控制信号控制，和由在控制持续时间上的第一延迟时间的变化曲线推断出第二延迟时间。这个发明的变型方案的特征在于特别高的精度。
此外，按照本发明，与第一延迟时间的在控制持续时间上的变化曲线相关地，可以依据第一延迟时间的最小值确定第二延迟时间。
依据按照本发明的方法的另一个有利的实施形式，第二延迟时间也可以借助于模拟阀的运行特性的模型确定，并且至少第一延迟时间和/或它在控制持续时间上的变化曲线作为输入参量被输入到该模型中。备选地或补充地，也可以向该模型中输入所述控制持续时间，另外的运行参数(燃料压力，温度)和类似参数。
作为本发明的任务的另一个解决方案，给出一种按照权利要求8所述的控制器。
特别重要的是，以计算机程序的形式实现本发明，该计算机程序可以在控制器的计算单元上执行。
本发明的有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明的其它的特征，应用可能性和优点由以下对附图的视图中所示实施例的说明中得出。其中所有说明的或示出的特征本身或任意组合形成本发明的内容，而不取决于它们在权利要求书中的概况或它们的回引以及不取决于它们在说明书或附图中的撰写方式或示出方式。
在附图中示出:
图1a，1b，1c是按照本发明说明的喷射阀在不同的运行状态下的部分横剖视图，
图2是图1a至1c的喷射阀的运行参量的时间变化曲线，
图3是在控制持续时间上绘出的喷射阀的关闭延迟时间，和
图4是按照本发明的方法的一个实施形式的流程图。
图1a至1c示出内燃机的共轨燃料喷射系统的被设置用于喷射燃料的喷射阀100在一个喷射循环的不同运行状态下的一个实施形式。
在此处，图1a示出喷射阀100处于其静止状态，在该静止状态下喷射阀没有被与其配置的控制器200控制。磁阀簧111将阀球105压在流出节流孔112的为此设置的座中，从而在阀控制室106中可以建立与轨压相应的的燃料压力，如其也存在于高压接头113的区域中一样。
轨压也存在于包围喷射阀100的阀针116的腔容积109中。通过轨压施加到控制柱塞115的端面上的力以及喷嘴弹簧107的力克服一个作用在阀针116的压力凸肩108上的打开力而使阀针116保持关闭。
图1b示出喷射阀100处于它的打开状态下，喷射阀从图1a中所示静止状态出发，在通过控制器200的控制下以以下方式进入该打开状态:目前通过在图1a中示出的励磁线圈102和与励磁线圈102共同作用的电枢104形成的电磁执行元件通过控制器200被施加上形成一个控制信号的控制电流I，以便使作为控制阀工作的磁阀104，105，112快速打开。电磁执行元件102，104的磁力此时超过阀簧111的弹簧力(图1a)，因此电枢104使阀球105从它的阀座上抬起并且由此打开流出节流孔112。
随着流出节流孔112的打开，现在燃料可以从阀控制室106流出到按照图1b位于上方的空腔中，参见箭头，并且经燃料回流通道101流回到一个没有示出的燃料容器中。流入节流孔114阻止在施加在高压接头113的区域中的轨压和阀控制室106中的压力之间的完全的压力平衡，因此阀控制室106中压力下降。这导致阀控制室106中的压力变得小于腔容积109中的压力，后者一直对应于轨压。阀控制室106中的变小的压力在控制柱塞115上产生一个相应地变小的力并且由此导致喷射阀100的打开，也就是说，导致阀针116从它的在喷射孔110的区域中的阀针座上抬起。这种运行状态在图1b中示出。
接下来，也就是说在从阀针座上抬起之后，阀针116主要在腔容积109中和阀控制室106中的液压力的作用下实现一种基本上弹道式的轨道。
一旦电磁执行元件102，104(图1a)不再被控制器200控制，阀簧111就将电枢104向下压，如在图1c中所示，从而阀球105随之关闭流出节流孔112。通过继续经流入节流孔114流入阀控制室106的燃料，使阀针116现在向下运动，直到它再次到达它的关闭位置，参见图1a。
一旦阀针116到达在喷射孔110区域中的它的阀针座并且关闭这些喷射孔，燃料喷射就结束。总体上，通过喷射阀100产生的燃料喷射的喷射持续时间主要由控制阀104，105，112的打开持续时间决定。
图2示意示出控制阀的阀球105的运行参量控制电流I，阀升程h(图1a)的时间变化曲线，如其在燃料喷射的范围中在一个控制循环期间形成的那样。阀在此情况下以举例说明的方式在它的非弹道区域中工作。
首先，在时间点tET0，喷射阀100的电磁执行元件102，104(图1a)被通电，以使阀球105从它在流出节流孔112区域中的静止位置上抬起，由此打开控制阀。时间点tET0由此标记出电磁执行元件102，104以及因此喷射阀100的控制阀104，105，112的通过控制信号I限定的控制持续时间ET的开始时刻。
由于一个非消失的（不是很小的）打开延迟时间t11，阀球105自实际的打开时间点töff起才从它的在流出节流孔112的区域中的关闭位置中运动出来。打开延迟时间t11通过喷射阀100或控制阀的机械的和液压的配置等确定。
按照在图2给出的图线，对电磁执行元件102，104的通电一直持续到控制持续时间ET的结束时刻tET1并且可以超过控制持续时间ET，如在图2中所示，也可以具有不同的电流值。目前对于控制持续时间ET的大致第一半部分而言，选择的电流水平要比控制持续时间ET的第二半部分的较大，以便实现控制阀的特别快速的打开。
按照也在图2中示出的，说明阀球105的阀升程h图线，在时间t1之后，控制阀达到它的完全打开的状态，所述时间除了包括已经说明的打开延迟时间t11以外也包括阀球105从它的关闭位置出来运动到它的打开位置所需要的那个时间t12。
按照图2，在接着控制持续时间ET的结束时刻tET1形成关闭延迟时间tab。在按照图1a，1b，1c的喷射阀100的配置中，关闭延迟时间tab由保持延迟时间t21和接在其后的关闭飞行时间t22组成。直到实际的关闭时间点ts=tET1+tab时喷射阀100的控制阀才又具有它的关闭状态。
按照本发明规定，作为第一延迟时间，确定上面参照图2说明的关闭延迟时间tab。按照本发明，这可以借助于常规的已知方法，如例如分析控制信号I或施加到励磁线圈102上的电压或类似参数来实施。
例如，基于可预定的控制持续时间ET，对于控制器200(图1a)而言，时间点tET1是已知的，并且如果阀球105落入其密封座上，则可以通过与阀球105连接的电枢104对励磁线圈102上的线圈电流I和/或线圈电压的本身已知的感应的反作用识别出时间点ts。
通过图4的流程图中的方法步骤300描绘出借助于这种常规方法对关闭延迟时间tab的确定。
接下来，按照本发明，在得知关闭延迟时间tab下，在步骤310中推断出打开延迟时间t11(图2)。
这意味着，在使用按照本发明的原理下，可以放弃以测量技术方式测量打开延迟时间t11，只要已经知道至少一个另外的延迟时间，在目前情况下是关闭延迟时间tab。相反，在实现发明设想下，由已知的关闭延迟时间tab确定打开延迟时间t11。
依据申请人的研究，在流行的阀类型中，在关闭延迟时间tab和打开延迟时间t11之间存在极大的相关性，这尤其适用于阀100的弹道式运行情况。
因此，按照本发明，在获知例如以测量技术方式测量的关闭延迟时间tab下，可以有利地推断出打开延迟时间t11。
在不仅获知打开延迟时间t11而且获知关闭延迟时间tab下，按照本发明可以特别有利地调节阀100的运行，以实现尽可能精确地计量要喷射的流体如例如燃料。
按照本发明的原理可以应用于不同类型的阀并且尤其是不局限于这种借助于控制阀104，105，112操作的喷射阀100。
图3以举例说明的方式示出在控制持续时间ET上绘出的关闭延迟时间tab的变化曲线。对于控制持续时间值ET<=ETlim，关闭延迟时间tab的变化曲线具有大致抛物线的形状。
值ETlim标出控制持续时间值的一个极限，在该极限以下出现阀100的一种纯粹的弹道式运行。在这种弹道式运行情况下，部件104，105因此在控制期间实施一种弹道式轨道并且大致不撞到励磁线圈102或包围它的同时作为升程止挡工作的铁心(没有示出)上。在该纯粹的弹道式运行期间，应用按照本发明的方法得到从关闭延迟时间tab推导出的打开延迟时间t11的特别精确的值。
在图3中所示的关闭延迟时间tab的抛物线形的变化曲线例如可以在阀100的多次控制期间在同时储存相应的控制持续时间值ET下绘出。
在得知关闭延迟时间的变化曲线的情况下，按照本发明可以在步骤310中(图4)推断出相应的打开延迟时间t11。
例如可以由在控制持续时间ET(图3)上的变化曲线tab首先确定一个特征参数，该特征参数可以经一个简单的计算公式或经一个特征线直接换算成打开延迟时间t11，参见图4中的步骤310。
作为按照本发明对打开延迟时间t11进行确定310所基于的特征参数，除了其他方面以外，提出以下变型方案:
a)用于所述控制持续时间ET的那个值ETabmin，在该值下确定出了最小的关闭延迟时间tabmin，
b)最小的可检测的关闭延迟时间tabmin，
c)在最大的关闭延迟时间tabmax的点ET=ETlim处在曲线tab=f(ET)上的切线T与先前限定的参考曲线K的交割点，其中参考曲线K特别有利地具有线性的变化曲线，最好具有在图3中水平的变化曲线，亦即K=常数。
d)参考曲线K可以依赖于最小可检测的关闭延迟时间tabmin进行匹配。
取代在控制持续时间ET上绘出的变化曲线tab，按照本发明也可以使用在控制持续时间ET上的打开持续时间(ts-tET0)的变化曲线或由打开持续时间(ts-tET0)的变化曲线和关闭延迟时间的变化曲线tab构成的一种任意的线性组合，用于形成一个表征打开时间点töff或打开延迟时间t11的参量。
按照本发明的方法的特别的优点在于，避免用于以测量技术方式测量打开延迟时间t11的附加费用。在这种阀类型中，其中，受原理上的限制，打开延迟时间t11的直接测量例如是非常困难的或者在没有单独的测量装置下甚至是不可能的，按照本发明的原理提供一种费用极小的可能性，即由可以简单确定的关闭延迟时间tab推导出关注的打开延迟时间t11。
特别有利地，也可以借助于模拟阀100的运行特性的模型(没有示出)实施对打开延迟时间t11的按照本发明的确定310(图4)。例如又可以将在控制持续时间ET上绘出的变化曲线tab(图3)以及另外的在控制器200(图1a)中存在的或可以以测量技术方式简单确定的运行参量输入到该模型中。
按照本发明的方法不仅可以应用于借助于控制阀104，105，112操作的阀100上，也可以应用于直接操作的阀(没有示出)上，在这些阀中执行元件102，104直接地例如作用于阀针116上。
在相关的延迟时间之间存在相应的相互关系的情况下，按照本发明的原理也可以从例如相关的阀的一个以测量技术方式测量的第一延迟时间出发，扩展到用于确定多个不同的延迟时间。
Claims (11)
1. 用于运行借助于执行元件(102，104)操作的阀(100)，尤其是机动车的内燃机的燃料喷射阀的方法，其中，确定第一延迟时间(tab)，该第一延迟时间表征在用于执行元件(102，104)的控制信号(I)的第一变化的时间点(tET1)和阀(100)的与控制信号(I)的第一变化对应的第一运行状态变化的时间点(ts)之间的一个时间差，其特征在于，由第一延迟时间(tab)推断出阀(100)的至少一个第二延迟时间(t11)，该第二延迟时间表征在控制信号(I)的与第一变化不同的第二变化的时间点(tET0)和阀(100)的与控制信号(I)的第二变化对应的第二运行状态变化的时间点(töff)之间的一个时间差。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，第一延迟时间(tab)是关闭延迟时间，和第二延迟时间(t11)是打开延迟时间。
3. 按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，第一延迟时间(tab)依据至少一个以测量技术方式测量的参量确定。
4. 按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，所述方法在阀(100)的一个弹道的运行区域中实施。
5. 按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，针对控制持续时间(ET)的不同的值确定第一延迟时间(tab)，在所述控制持续时间期间，所述执行元件(102，104)被用控制信号(I)控制，和由在控制持续时间(ET)上的第一延迟时间(tab)的变化曲线推断出第二延迟时间(t11)。
6. 按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，依据第一延迟时间的一个最小值(tabmin)确定第二延迟时间(t11)。
7. 按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，借助于模型确定第二延迟时间(t11)，该模型模拟阀(100)的运行特性。
8. 用于运行借助于执行元件(102，104)操作的阀(100)，尤其是机动车的内燃机的燃料喷射阀的控制器(200)，其中控制器(200)被设计用于确定第一延迟时间(tab)，该第一延迟时间表征在用于执行元件(102，104)的控制信号(I)的第一变化的时间点(tET1)和阀(100)的与控制信号(I)的第一变化对应的第一运行状态变化的时间点(ts)之间的一个时间差，其特征在于，控制器(200)被设计用于由第一延迟时间(tab)推断出阀(100)的至少一个第二延迟时间(t11)，该第二延迟时间表征在控制信号(I)的与第一变化不同的第二变化的时间点(tET0)和阀(100)的与控制信号(I)的第二变化对应的第二运行状态变化的时间点(töff)之间的一个时间差。
9. 按照权利要求8所述的控制器(200)，其特征在于，所述控制器设计成用于实施按照权利要求1至7之一所述的方法。
10. 具有程序代码工具的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上或相应的计算单元上，尤其是在按照权利要求8所述的控制器(200)上执行时，用于实施按照权利要求1至7之一所述的方法的所有步骤。
11. 具有程序代码工具的计算机程序产品，所述程序代码工具储存在计算机可读的数据载体上，当所述计算机程序在计算机上或相应的计算单元上，尤其是在按照权利要求8所述的控制器(200)上执行时，用于实施按照权利要求1至7之一所述的方法的所有步骤。
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