CN102597470A - 用于运行阀的方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行借助致动器（26、30）操纵的阀（18a）尤其汽车内燃机（10）的燃料喷射阀的方法，在该方法中致动器（26、30）用具有触发持续时间（ET）的触发参量（I）触发。按照本发明，触发持续时间（ET）根据针对阀（18a）的关闭延迟时间（t2）的额定值（t2*）形成，所述关闭延迟时间表征在触发持续时间（ET）的结束（tET1）和阀（18a）的关闭时间点（ts）之间的时间差。

Description

用于运行阀的方法和控制器

技术领域

本发明涉及一种用于运行借助致动器操纵的阀，尤其是汽车内燃机的燃料喷射阀的方法，在该方法中，致动器以具有触发持续时间的触发参量触发。

本发明还涉及一种用于实施所述方法的控制器。

背景技术

前述类型的方法和控制器例如应用在用于汽油直喷的高压喷射阀中，其中，阀针的运动例如通过磁环路的供电控制。磁环路是电磁致动器的组成部分，致动器在通电情况下向阀针施加磁力。常用类型的高压喷射阀设计成，使电磁致动器的磁线圈的通电促使喷射阀打开，也就是说促使阀针从其关闭位置抬起以及阀针接下来保持在对应其打开位置的冲程止挡上。随着通电结束，首先以公知方式实现磁力的迅速变小，从而使沿关闭方向弹力加载阀针的闭锁弹簧朝着阀针的关闭位置加速阀针。当阀针到达其阀座时，关闭过程结束。从这个时间点起，闭锁弹簧力不再加速地作用到阀针上，而是仅作为将阀针推进到其阀座上的密封力。

除了阀针的飞行走向和阀的冲程节流曲线外，在上述触发过程中喷射的燃料量主要由阀的打开持续时间决定，亦即由在阀针从其关闭位置抬起和再次到达其关闭位置之间的时间间隔决定。

但通常阀的液压式打开持续时间不是直接在控制阀的控制器中公知，而是仅知道驱动阀针的致动器的触发持续时间。在触发持续时间开始和喷射阀实际上液压式打开之间，存在一个所谓的打开延迟时间，以及在触发持续时间结束和喷射阀实际上的液压式关闭时间点之间有所谓的关闭延迟时间。

阀的这个延迟时间不是已知的，而是更确切地说取决于阀的运行参量和调整参量以及其它边缘条件。尤其是在阀的所期望的打开时间很短的情况下，此时阀针完全没有到达对应其完全打开位置的冲程止挡，而是更确切的说完成了一个弹道学的轨迹（ballistische Trajektorie），那么传统的系统的计量精度是不够的。

发明内容

本发明这样改进本文开头所述类型的方法和控制器，使能实现更为精确的喷射。

按照本发明，这在本文开头所述类型的方法中由此实现，即，根据针对阀的关闭延迟时间的额定值来形成触发持续时间，关闭延迟时间表征了触发持续时间的结束和阀的关闭时间点之间的时间差。

按照本发明可知，考虑到针对关闭延迟时间的额定值能精确地计量待喷射的流体，尤其是也在喷射阀的运行范围中，阀针在该范围中完成了基本上弹道学的轨迹。

在按本发明的运行方法的一种特别优选的实施形式中规定，求出、尤其是在测量技术上检测关闭延迟时间的实际值，从而形成在针对关闭延迟时间的额定值和实际值之间的调差，以及从而根据调差修正针对触发持续时间的额定值。

申请人的试验表明，在使用这类调节方案的情况下，在喷射流体时的精度尤其也可以在喷射阀或其阀针的弹道运行范围内有根本性的提高。通过按本发明对调差的考虑（其中也涉及到了关闭延迟时间的实际值），有利地存在可能性，即，这样来修正用于阀运行的触发信号，尤其是触发持续时间，使得可以尤其例如通过阀的原来的（额定）触发持续时间的变化限制时间上变化的关闭延迟时间。

按本发明的运行方法可以有利地用于运行阀，其中，通过致动器驱动的部件尤其阀针由于用触发参量触发的缘故而至少部分地履行弹道学的轨迹。

特别有利的是，按本发明的运行方法能应用在所谓的直接运行的喷射阀中，在该喷射阀中，致动器例如电磁致动器直接作用到阀针上，例如在汽油直喷系统中通常是这样的情形。

按本发明的运行方法还能使用到这样的喷射阀中，在这些喷射阀中，致动器，尤其是电磁的致动器，不是直接作用到阀针上，而是例如借助布置在电磁致动器和阀针之间的控制阀和相应的液压作用链（Wirkungskette）实现阀针的驱动。这种喷射阀当前通常使用在共轨柴油喷射系统中。

作为本发明的另一个方面，说明了一种按权利要求9所述的控制器。

特别重要的还在于，以计算机程序形式来实现按本发明的方法。

本发明其它有利的设计方案是从属权利要求的内容。

附图说明

本发明其它的优势、特征和细节由接下来的说明得出，在接下来的说明中，参考附图示出了本发明的各种实施例。在此，在权利要求和说明书中提到的特征无论是单独还是任意组合都对本发明至关重要。

附图中：

图1示意性示出了有多个按本发明运行的喷射阀的内燃机；

图2a至2c示意性表示图1的喷射阀在三个不同运行状态下的细节图；

图3a是用于按传统方法形成触发持续时间的功能图；

图3b是传统运行的喷射阀的运行参量的时间变化曲线；

图4a是按本发明的运行方法的第一种实施形式的功能图；

图4b是按本发明的运行方法的第二种实施形式的功能图；以及

图5a、5b、5c示出了用于实施按本发明的运行方法的、具有控制阀的喷射阀的各种运行状态。

具体实施方式

内燃机在图1中总体用附图标记10标注。内燃机包括燃料箱12，输送系统14将燃料从燃料箱输送到分配系统16中，分配系统例如涉及一种共轨结构（Common Rail）。在分配系统上连接着多个电磁操纵的喷射阀18a至18d，这些喷射阀将燃料直接喷入配属于它们的燃烧室20a至20d。内燃机10的运行由控制和调节装置22控制或调节，其也触发喷射阀18a至18d。

图2a至2c示意性示出了在总共三个不同的运行状态下的按图1的喷射阀18a。另外在图1中示出的喷射阀18b、18c、18d具有相应的结构和功能。

喷射阀18a具有电磁致动器，电磁致动器具有磁线圈26和与磁线圈26配合作用的磁衔铁30。磁衔铁30这样与喷射阀18a的阀针28连接，使得其能关于阀针28在图2a中垂直的运动方向，以不会消失的机械间隙相对阀针28运动。

由此产生了一种两部分构成的质量系统28、30，其通过电磁致动器26、30驱动阀针28。通过这种两部分构成的配置，改善了喷射阀18a的可装配性以及减小了在撞到它们的阀座38时阀针28不期望地跳回。

在当前图2a中示出的配置中，磁衔铁30在阀针28上的轴向间隙由两个止挡32和34限定边界。但至少在图2a中的下止挡34也可以由喷射阀18a的壳体的区域实现。

阀针28被阀门弹簧36如图2a所示那样以相应的弹力朝着在壳体40区域中的阀座38作用。在图2a中示出了在其关闭状态下的喷射阀18a，此时不发生燃料喷射。

为了促成燃料喷射，致动器26、30超过能预定的触发持续时间地用触发电流加载。通过磁线圈26的通电，磁衔铁30在图2b中向上运动，从而使磁衔铁在作用到止挡32的情况下使阀针28克服弹力从其阀座38运动出来。参看图2c，由此可以将燃料42从喷射阀18a喷入燃烧室20a（图1）。

只要磁线圈26的通电通过控制器22（图1）在预定的触发持续时间结束时中止，阀针28就在由阀门弹簧36施加的弹力作用下再次运动回到其阀座38，并且磁衔铁30随之一起运动。从阀针28到磁衔铁30的传力在此又通过上止挡32完成。

当阀针28随着撞到阀座38而中止其关闭运动时，磁衔铁30可以基于轴向间隙而在图2c中向下进一步运动，直至磁衔铁抵靠到第二止挡34上。这又对应图2a中所示的喷射阀18a的关闭状态。

为了达到特别小的喷射量，用于致动器26、30通电的触发持续时间优选选择得这样短暂，使得阀针28或沿打开方向带动阀针的磁衔铁30完全没有到达限定打开运动的上冲程止挡，上冲程止挡当前由基本上同轴地布置在磁线圈26中的铁芯26a的在图2c中的下端侧构成。阀针28或磁衔铁30相应地在喷射阀18a打开期间完成一条弹道学的轨迹。磁衔铁30在当前按图2c在其上止点上具有相距上冲程止挡26a的不会消失的冲程间距△h。

与阀针28或磁衔铁30先可靠地到达上冲程止挡26a（也就是说冲程间距△h = 0）的全冲程触发相比，在短暂的触发持续时间中在弹道区域中（在△h > 0时的止点）中产生了尤其是关闭延迟时间的巨大波动，关闭延迟时间表征在触发持续时间结束和阀18a的实际关闭时间点之间的时间间隔。另一种参考图4a、4b说明的按本发明的方法实现了在喷射小量燃料时精度的显著提高，这与全冲程区域相比，要求喷射阀18a的弹道式运行。

图3b示意性地示出了运行参量，即触发电流I、阀针28的冲程h（图2a）的时间变化曲线，如其在燃料喷射框架内的触发循环期间所发生的那样。

首先在时间点t_ET0使喷射阀18a的电磁致动器26、30通电，以便使磁衔铁30以及因而阀针28从其阀座38抬起。时间点t_ETO因此限定了电磁致动器26、30以及因而喷射阀18a的由触发信号I限定的触发持续时间ET的开始。

图3a例如示出了用于求出触发信号I（图3b）的触发持续时间ET的简化功能图。

在第一个例如借助特性曲线族实现的功能块201中，在传统的运行方法中，根据运行参量，即待喷射的燃料量Q_soll、燃料压力p_ist，求出针对用相应的电流I（图3b）触发电磁致动器26、30的触发持续时间ET。

作为干扰参量，在用以传统方式求出的、代表触发持续时间ET的触发参量I触发喷射阀18a的致动器26、30（图2a）时，将接下来要详细说明的延迟时间t11、t2加入传统求出的触发持续时间ET，从而得到针对喷射阀18a的实际打开时间T_op = ET - t11 + t2。在喷射阀18a的高压液动装置中必要时出现的公差在图3a中通过功能块18a´象征性表示。基于前述用真实的触发信号T_op的触发以及在给定的燃料压力P_ist下，在传统系统中，求出了在功能块18a´的输入端上的实际已喷入的燃料量Q_ist，其通常不同于要喷入的燃料量Q_soll。

图3b示出了阀针28（图2a）的阀针冲程h的时间变化曲线，如其在用触发信号I触发时出现的那样。

基于惯性、摩擦效应和其它的干扰效应，阀针28（图2a）在电触发开始t_ETO之后，亦即在时间t_öff上，开始其打开过程，其中，阀针在图2b、2c中从下往上，也就是说从其关闭位置运动出来。由图3b可知，阀针28直至在时间点t_ET0+t1才达到额定阀针冲程hsoll，其对应触发信号I。基于对应触发持续时间ET的结束t_ET1和在时间点t_s的实际液压式关闭之间的时间间隔的、不会消失的关闭延迟时间t2，在触发持续时间ET结束t_ET1后，还有燃料通过喷射阀18a被喷射。

关闭延迟时间t2-如前所述-尤其是对于很短的触发持续时间ET是不恒定的。尤其在纯粹弹道式运行时，此时阀针28在其打开过程期间没有到达铁芯区域中其代表最大打开的冲程止挡26a，关闭延迟时间t2可以有最为不同的值，这些值取决于阀针28在时间点t_ET1之前，也就是触发持续时间ET结束之前的运动参量，以及取决于关闭弹力、磁力、轨道压力、触发持续时间、温度、回程反压和/或其它的参量。

因此按照本发明建议，触发持续时间ET根据针对阀18a的关闭延迟时间t2的额定值t2*形成，其中，关闭延迟时间t2如前所述表征在触发持续时间ET的结束t_ET1和阀18a的实际液压式关闭时间点ts之间的时间差。

图4a示出了按本发明的方法的相应的第一种实施形式的功能图。

借助第一特性曲线族KF1，根据额定喷射量Q_soll以及根据燃料压力p_ist，求出针对触发持续时间的额定值ET*。

按照本发明，针对触发持续时间的额定值ET*借助修正值t_korr[n-1]修正，这在当前通过参量t_korr[n-1]与额定值ET*借助加法器a_1的相加完成。在加法器a_1的输出端上，存在按本发明修正后的触发持续时间ET。信号ET按图4a作用到代表喷射阀的功能块18a上。

借助第二特性曲线族KF2，由输入端参量Q_soll、p_ist得到用针对关闭延迟时间t2的额定值t2*。同时求出关闭延迟时间t2的实际值t2ist，例如通过测量技术，测量技术分析触发信号I（图3b）的时间变化曲线。

借助加法器a_2形成调差△t2 = t2* - t2ist。

调差△t2接下来在功能块R11中与能预定的校正因子K相乘，其中，用于校正因子K的优选的值域在0至2之间，尤其在0至1之间。

功能块R11，同样和接在其后的加法器a_3以及另一个接在加法器a_3之后的并且在图4a中未详细示出的功能块那样，是按本发明的第一调节器结构R1的组成部分，第一调节器结构根据调差△t2形成修正参量t_korr[n-1]。

因此在加法器a_3的输出端上有用于喷射阀18a的接下来的喷射循环的修正值，该修正值如下计算：

t_korr[n] = t_korr[n-1] + K*△t2。

这意味着，当前考虑到的调节器结构R1被设计成带有积分特征的简单的数字调节器，这能花费较少地实施按本发明的原理。作为备选或补充，也可以使用其它的调节器结构，以便根据调差△t2来形成按本发明的修正参量t_korr[n]。

尤其是也能使用带有比例积分特性、比例特性的调节器结构或非线性调节器。对按本发明的原理的功能而言重要的是，根据调差△t2形成修正值。

按照一种特别优选的实施形式，接在加法器a_3之后的且在当前未详细示出的功能块具有节拍输入端，转速同步的节拍信号CLK被输送给该节拍输入端，从而使按本发明形成的修正值同样可以转速同步地进一步传递给加法器a_1。

图4a中示出的按本发明的调节器结构有利地实现了喷射阀18a的关闭延迟时间t2的调节以及因而在喷射阀18a的弹道式运行方式中也很小的喷射量的特别精确的喷射。

图4b示出了按本发明的方法的另一种实施形式的功能图。作为对已经参考图4a说明的基本结构的补充，这个按图4b的实施例具有第二调节器结构R2，其规定考虑到针对触发持续时间ET的额定值ET*和触发持续时间ET本身。为此，参量ET*、ET通过当前未详细示出的功能块用第一加权因子G1和第二加权因子G2加权，在其通过加法器a_21、a_22增加给针对关闭延迟时间t2的额定值t2*或针对关闭延迟时间t2的实际值t2ist之前。

加法器a_2接下来求出与之前已经在图4a框架中说明的调差△t2类似的参量△t，该参量用作按本发明的调节器结构R2的输入端参量。

对于输入端参量△t适用：

△t =（t2* + G1 * ET*）－（t2_ist + G2 * ET）。

为加权因子G1、G2又设在0至近似1的值域。

只要在图4a、4b中规定的调节结构R1、R2达到起振状态，那么可以通过更新路径up根据修正参量t_korr使特性曲线族KF1相适应，其中，起振状态的特征在于消失的调差△t2、△t。在这种情况下，输送给加法器a_1的修正值同时设为零，因为已经通过特性曲线族KF1的适配相应地考虑到了修正值。

特别有利的是，校正因子K的值选为在0至1之间。在例外情况下，值域也能够扩展到0<K<2，其中，因子K确定了调节回路R1、R2的起振速度。

对于快速的起振特性而言，K的值在约1的范围内是有利的。在需要时，调节回路的稳固度相对干扰信号通过因子K的下降提高。因此可以例如以值K = 0.5达到相对干扰信号有所提高的稳固度，而不必在按本发明的调节器R1、R2的调节动态中作值得一提的妥协（Abstriche）。在有调节偏差的情况下，按本发明的调节器R1、R2在申请人的试验中在喷射阀18a的仅约4个工作循环（图2a）后就已经起振至多于约90%的程度。

按本发明的调节器结构R1、R2的特征在于特别小的复杂度，这会使应用费用较小且有助于系统的稳固度。

之前参考在图2a、2b、2c示出的喷射阀类型说明按本发明的方法，喷射阀类型在此涉及直接操纵的喷射阀18a。

特别有利的是，按本发明的方法也在非直接驱动的喷射阀中会用，亦即例如使用在这样的喷射阀中，在该喷射阀中，电磁致动器操纵控制阀的部件以及在控制阀和阀针之间存在基本上液压或机械的作用链。

图5a至5c示出了在喷射循环的各种运行状态下内燃机的柴油共轨燃料喷射系统的为燃料喷射所规定的喷射阀100的实施形式。

图1a示出了在其静止状态下的喷射阀100，此时喷射阀通过配属于它的控制器22触发。磁阀弹簧111在此将阀球105按压到出口节流装置112的为之设置的阀座中，从而可以在阀控制室106中建立起对应轨道压力的燃料压力，如其也在高压接头113区域中存在的那样。

轨道压力也存在于腔容积109中，腔容积包围喷射阀100的阀针116。通过轨道压力施加到控制活塞115的端面上的力以及喷嘴弹簧107的力使阀针116克服打开的力保持关闭，打开的力作用到阀针116的压力凸肩108上。

图1b示出了在打开状态下的喷射阀100，喷射阀在通过控制器22的触发下以下列方式从图5a示出静止状态占据其打开状态：当前通过在图5a中示出的磁线圈102和与磁线圈102协同作用的磁衔铁104形成的电磁致动器102、104通过控制器22得到形成触发信号的触发电流I的加载，以便打开当前作为控制阀工作的磁阀104、105、112。电磁致动器102、104的磁力在此超过阀门弹簧111（图5a）的弹力，从而使磁衔铁104将阀球105从其阀座抬起以及因而打开出口节流装置112。

随着出口节流装置112的打开，燃料现在可以从阀控制室106流入按图5b在上方的空腔，参看箭头，并且通过燃料回流装置101流出到未示出的燃料容器。入口节流装置114防止了在高压接头113区域中存在的轨道压力和在阀控制室106中的压力之间的完全的压力均衡，从而使在阀控制室106中的压力下降。这导致，在阀控制室106中的压力要小于在腔容积109中的压力，该压力和之前一样对应轨道压力。在阀控制室106中的变小的压力促成相应变小的力作用到控制活塞115上并且因而导致喷射阀100打开，也就是说导致阀针116在喷孔110的区域中从其阀座抬起。这种运行状态在图5b中示出。

接下来，也就是说，在从阀针阀座抬起后，阀针116最初在在腔容积119中和在阀控制室106中液压力的作用下完成基本上弹道学的轨迹。

只要电磁致动器102、104（图5a）在触发持续时间结束时不再通过控制器22触发，阀门弹簧111如图5c所示那样将磁衔铁104向下压，从而使阀球105封闭出口节流装置112。由此使阀针116的运动方向反转，从而使阀针再次进入其关闭位置。

只要阀针116到达其喷孔110区域中的阀针阀座并且封闭喷孔，燃料喷射就结束，参看图5c。

对于在图5a至5c中示出的以及在之前描述的且通过控制阀104、105、112操纵的喷射阀，按本发明的方法也能根据针对关闭延迟时间的额定值实施触发持续时间的修正。

喷射阀100的电磁致动器可以例如用触发信号I触发，触发信号具有和图3b的变化曲线类似的变化曲线。

相应地也在喷射阀100中出现了关闭延迟时间。但与参考图2a至2c所述的喷射阀18a的关闭延迟时间相比，按图5a的喷射阀100的关闭延迟时间无论如何还包括当前未详细说明的时间组件，该时间组件通过各种状态变化或在电磁致动器102、104和阀针116之间存在的单词或液压作用链的其它过程产生。

不管怎样，也为按图5a喷射阀100限定了一个关闭延迟时间，作为在触发持续时间ET（图3b）和实际液压的关闭时间点之间的那个时间，针阀116在该时间上再次占据其在喷孔110区域中的关闭位置。对于按本发明的原理在按图5a的喷射阀100中的应用而言必要的是，确定实际的液压关闭时间点，这例如可以通过加速度传感器和/或爆震传感器实现，加速度传感器和/或爆震传感器能检测到针阀116碰到其在喷孔110区域中的关闭位置。

按本发明的原理也可以单独应用到在图5a中示出喷射阀100的控制阀104、105、112上，这例如在给定控制阀和针阀116的状态变化之间的关联且因而可知对控制阀的关闭延迟时间的按本发明的调节就足以实现精确的喷射时，是相宜的。

通常，按本发明的原理适用于在借助特别是弹道式运行的喷射阀的流体计量中提高精度，并且不局限于燃料喷射阀。个体偏差（Stückstreuung）可以通过使用按本发明的运行方法同样有利地得到补偿。

也可以在喷射阀仅暂时，也就是说仅在一些运行循环中弹道式运行时使用按本发明的调节原理。

可以根据相关喷射阀的配置例如从测量技术上检测到的触发电流I的时间变化曲线（图3b）和/或在电磁致动器上的电压求出实际的关闭延迟时间t2ist（图4a）。

单独的传感器件，例如固体超生传感器或加速度传感器的传感器数据，同样可以被衡量，以便得到关于喷射阀的部件28、105、116的实际运行状态的信息。

Claims (11)

1.用于运行借助致动器（26、30）操纵的阀（18a）尤其汽车内燃机（10）的燃料喷射阀的方法，在该方法中，将致动器（26、30）用具有触发持续时间（ET）的触发参量（I）触发，其特征在于，触发持续时间（ET）根据针对阀（18a）的关闭延迟时间（t2）的额定值（t2*）形成，关闭延迟时间表征在触发持续时间（ET）的结束（tET1）和阀（18a）的关闭时间点（ts）之间的时间差。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据针对关闭延迟时间（t2）的额定值（t2*）来修正针对触发持续时间（ET）的额定值（ET*），以便得到触发持续时间（ET）。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，不仅针对关闭延迟时间（t2）的额定值（t2*）而且针对触发持续时间（ET）的额定值（ET*）都根据额定喷射量（Qsoll）和阀（18a）的至少一个运行参量尤其根据燃料压力（pist）求出。

4.按权利要求2至3之一所述的方法，其特征在于，求出尤其在测量技术上检测出关闭延迟时间（t2）的实际值（t2ist），形成在针对关闭延迟时间（t2）的额定值（t2*）和实际值（t2ist）之间的调差（△t2、△t），以及根据调差（△t2）修正针对触发持续时间（ET）的额定值（ET*）。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，将调差（△t2）与反馈因子（K）相乘，反馈因子具有K = 0至k = 2尤其至k = 1的值域。

6.按权利要求4至5之一所述的方法，其特征在于，借助调节器结构（R1、R2）从调差（△t2）形成用于修正针对触发持续时间（ET）的额定值（ET*）的校正参量，其中，调节器结构（R1、R2）尤其具有带积分部分的调节器。

7.按权利要求4至6之一所述的方法，其特征在于，在形成调差（△t）时，针对触发持续时间（ET）的额定值（ET*）尤其以能预定的加权因子（G1）加权、特别是通过将以加权因子（G1）加权后的额定值（ET*）与针对关闭延迟时间（t2）的额定值（t2*）相加被考虑到。

8.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该方法用于运行阀（18a），对于阀而言通过致动器（26、30）驱动的部件（28）尤其阀针由于用触发参量（I）触发的缘故而至少部分地履行弹道学的轨迹。

9.用于运行借助致动器（26、30）操纵的阀（18a）尤其汽车内燃机（10）的燃料喷射阀的控制器（22），其特征在于，该控制器被构造用于实施按前述权利要求之一所述的方法。

10.计算机程序，带有程序编码工具，以便当计算机程序在计算机或相应的计算单元上尤其在按权利要求9所述的控制器（22）中实施时执行按权利要求1至8之一所述方法的所有步骤。

11.计算机程序产品，带有程序编码工具，程序编码工具储存在计算机可读的数据载体上，以便当计算机程序在计算机或相应的计算单元上尤其在按权利要求9所述的控制器（22）中实施时执行按权利要求1至8之一所述方法的所有步骤。

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