CN102959218A - 基于阀的关闭时刻的认识对阀的电操控 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种用于确定对具有线圈驱动的阀、尤其是用于内燃机的直接喷射阀的电操控的持续时间（TiN）的方法。该方法具有：（a）关断通过线圈驱动的线圈的电流流动（400），使得线圈是无电流的；（b）检测在无电流的线圈中所感应的电压的时间变化过程（410）；（c）基于所检测的时间变化过程（410）来确定阀的关闭时刻；和（d）基于所确定的关闭时刻为将来的喷射过程确定对阀的电操控的持续时间（TiN）。另外，本发明描述用于执行所述方法的相应设备以及计算机程序。
Description
技术领域
本发明涉及用于阀、尤其是用于机动车的内燃机的直接喷射阀的线圈驱动的操控技术领域。本发明尤其是涉及一种用于确定对具有线圈驱动的阀的电操控的持续时间的方法。本发明还涉及相应的设备以及用于执行所述方法的计算机程序。
背景技术
为了运行现代内燃机和保持严格的排放极限值，发动机控制装置经由所谓的汽缸填充模型确定在汽缸中每工作循环所包含的空气质量。根据所建模的空气质量和在空气量和燃料量（Lambda（λ））之间的希望的比例，经由在该文献中也称为喷射器的喷射阀喷射相应的燃料量额定值（MFF_SP）。因此可以如此测定要喷射的燃料量，使得存在λ的对于在催化剂中的废气后处理最佳的值。对于具有内部混合气形成的直接喷射快燃发动机，燃料以40至200巴范围中的压力直接被喷射到燃烧室中。
对喷射阀的主要要求除了相对未受控制的燃料流出的密封性和要喷射的燃料的射束准备之外，还有预先给定的额定喷射量的精确计量。尤其是在被增压的直接喷射快燃发动机情况下，需要所需要的燃料量的非常高的量扩展。因此例如在发动机全负荷处对于被增压的运行必须对于每个工作循环对最大燃料量MFF_max进行计量，而在接近空程的运行中必须对最小燃料量MFF_min进行计量。两个特征参量MFF_max和MFF_min在此定义喷射阀的线性工作范围的极限。这意味着，对于这些喷射量对于每个工作循环（MFF）在电操控持续时间（Ti）和所喷射的燃料量之间存在线性关系。
对于具有线圈驱动的直接喷射阀，在燃料压力恒定时被定义为最大燃料量MFF_max与最小燃料量MFF_min之商的量扩展为大约15。对于聚焦于二氧化碳减少的未来发动机，发动机的行程容积被减小并且发动机的额定功率通过相应的发动机增压机制保持或甚至提升。因此，对最大燃料量MFF_max的要求至少对应于具有较大行程容积的无增压发动机的要求。但是，最小燃料量MFF_min经由接近空程的运行和在行程容积方面减小的发动机的推动运行中的最小空气质量被确定和从而被减小。附加地，直接喷射能够实现将整个燃料质量分布到多个脉冲，这例如在催化剂热模式中通过所谓的混合层化和稍后的点火时刻能够实现遵守变严格的排放极限值。对于未来发动机，出于上述原因将得出不仅对量扩展而且对最小燃料量MFF_min的提高的要求。
在已知的喷射系统中，在小于MFF_min的喷射量情况下发生喷射量与标称喷射量的显著偏差。该系统地出现的偏差基本上可以归因于喷射器的制造容差以及发动机控制装置中的对喷射器进行操控的末级和从而归因于与标称操控电流分布图的偏差。
典型地经由电流调节全桥末级来进行对直接喷射阀的电操控。在车辆应用的边缘条件下仅可以达到给喷射器所施加的电流分布图的有限的精度。操控电流的由此出现的变化以及在喷射器处的容差尤其是在MFF_min和之下的范围中对可达的喷射量精度具有显著影响。
喷射阀的特性曲线定义在所喷射的燃料量MFF和燃料压力FUP以及电操控的持续时间Ti之间的关系（MFF=f（Ti，FUP））。对该相互关系的求逆Ti=g（MFF_SP,FUP）在发动机控制中被使用，用于将额定燃料量（MFF_SP）换算成所需要的喷射时间。附加地进入该计算中的影响参量诸如喷射过程期间的汽缸内压、燃料温度以及可能的供应电压变化这里为了简化被忽略。
图1a示出直接喷射阀的特性曲线。在此，所喷射的燃料量MFF根据电操控的持续时间Ti被绘出。如从图1a可以看出，对于大于Ti_min的持续时间Ti得出线性工作范围的非常好的近似。这意味着，所喷射的燃料量MFF直接与电操控的持续时间Ti成比例。对于小于Ti_min的持续时间Ti得出强烈非线性特性。在所示的例子中Ti_min是大约0.5ms。
在线性工作范围中特性曲线的斜率对应于喷射阀的统计流量，也即燃料流量速率，其在完全的阀行程情况下持续地被实现。小于大约0.5ms的持续时间Ti或燃料量MFF<MFF_min的非线性特性的原因尤其是在于喷射器弹簧质量系统的惯性以及在磁场通过线圈建立和减少时的时间特性，所述磁场对喷射阀的阀针进行操作。通过该动态效应在所谓的弹道范围中不再实现完全的阀行程。这意味着，在定义最大阀行程的在结构上预先给定的最终位置被达到之前，阀再次被关闭。
为了确保所定义的和可再生的喷射量，直接喷射阀通常在其线性工作范围中被运行。目前，在非线性范围中的运行是不可能的，因为由于在电流变化过程方面或在电流分布图方面的上面提及的容差和喷射阀的机械容差（例如回动弹簧的预张力、阀针的行程、在衔铁/针系统中的内部摩擦）而发生喷射量的显著系统误差。对于喷射阀的可靠运行，由此得出每喷射脉冲的最小燃料量MFF_min，该最小燃料量必须至少被给出，以便能够量精确地实现所希望的喷射量。在图1a中所示的例子中，该最小燃料量MFF_min比5mg小一些。
图1b对于非线性工作区域针对在电流分布图中的不同强烈的相对误差示出喷射量相对于标称电流分布图（ΔI=0%）的相应偏差。电流分布图中的不同相对误差在此为-10%、-5%、-2.5%、+2.5%、+5%和+10%。在未示出的在Ti=Ti_min=0.5ms处开始的线性范围，在电流分布图中的误差仅弱地影响量精度。但是从Ti<Ti_min或MFF<MFF_min起，量误差显著升高。尤其是对于弹道范围中的喷射时间，对于量精度而言发生显著的误差。
通常经由发动机控制装置的电流调节全桥末级进行对直接喷射阀的电操控。全桥末级允许给喷射阀施加机动车的车载电网电压和可替代地施加放大电压。放大电压经常也称为升压电压（U_boost）并且例如可以为大约60V。放大电压通常通过DC/DC转换器提供。
图2示出用于具有线圈驱动的直接喷射阀的典型电流操控分布图I（粗实线）。图2另外示出相应的电压U（细实线），其施加在直接喷射阀处。操控划分成以下阶段：
A）预加载阶段：在持续时间t_pch的该阶段期间，通过末级的桥电路来将电池电压U_bat施加给喷射阀的线圈驱动，所述电池电压对应于机动车的车载电网电压。在达到电流额定值I_pch时，电池电压U_bat通过两点调节器被关断，在不超过另一电流阈之后再次接通U_bat。
B）升压阶段：在预加载阶段之后接着是升压阶段。为此由末级给线圈驱动一直施加放大电压U_boost，直至达到最大电流I_peak。通过快速电流建立，加速地打开喷射阀。在达到I_peak之后，接着是空程阶段，直至t_1结束，在该空程阶段期间电池电压U_bat再次被施加给线圈驱动。电操控的持续时间Ti从升压阶段开始起被测量。这意味着，到空程阶段的过渡通过达到预先给定的最大电流I_peak来触发。升压阶段的持续时间t_1根据燃料压力固定地被预先给定。
C）换向阶段：在t_1结束之后是换向阶段。通过关断电压这里产生自感应电压，其基本上被限制于升压电压U_boost。在该自感应期间的电压限制由U_boost以及再生二极管和所谓的自振荡二极管的前向电压之和组成。这些电压之和此外称为再生电压。基于图2所基于的差动电压测量，在换向阶段中示出再生电压为负的。
通过再生电压产生通过线圈的电流，该电流使磁场减小。换向阶段是时间控制的并且与电池电压U_bat和与升压阶段的持续时间t_1有关。换向阶段在另一时间区间t_2结束之后结束。
D）保持阶段：在换向阶段之后接着是所谓的保持阶段。这里再次经由两点调节器通过电池电压U_bat调节保持电流额定I_hold的额定值。
E）关断阶段：通过关断电压产生自感应电压，所述自感应电压如上所述被限制于再生电压。由此产生通过线圈的电流，该电流现在减少磁场。在超过这里负地示出的再生电压之后，不再有电流流动。该状态也称为“开放线圈”。由于磁性材料的欧姆电阻，在线圈的场减少时感应的涡流衰减。涡流的减小又导致磁线圈中的场变化和从而导致电压感应。该感应效应导致，在喷射器处的电压值从再生电压的水平出发按照指数函数的变化过程升高到值“零”。喷射器在磁力减少之后经由弹力和通过燃料压力引起的液压力关闭。
喷射阀的所述操控具有以下缺点：在“开放线圈”阶段中不能确定喷射阀或喷射器的关闭的准确时刻。因为喷射量的变化与由此得出的关闭时刻变化相关，所以由于缺乏该信息而尤其是在小于MFF_min的非常小的喷射量情况下得出在实际在机动车发动机的燃烧室中引入的燃料量方面的显著的不确定性。
发明内容
本发明所基于的任务是，如下改善喷射阀的操控，即尤其是在喷射量小的情况下可以达到较大的量精度。
该任务通过独立权利要求的主题解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中描述。
根据本发明的第一方面，描述用于确定具有线圈驱动的阀的电操控的持续时间的方法。该阀尤其是是用于内燃机的直接喷射阀。所述方法具有：（a）关断通过线圈驱动的线圈的电流，使得线圈是无电流的，（b）检测在无电流的线圈中所感应的电压的时间变化过程，（c）基于所检测的时间变化过程来确定阀的关闭时刻，和（d）基于所确定的关闭时刻为将来的喷射过程确定对阀的电操控的持续时间。
所述方法所基于的认识是，通过在将阀的先前确定的关闭时刻计算在内来适当地变换电操控数据可以改善对阀的操控。由此尤其是在小的喷射量的情况下可以实现较大的量精度。
关闭时刻的确定尤其是可以基于以下效应：在关断电流或者操控电流之后，磁衔铁和线圈驱动的与之相连接的阀针的关闭运动导致对在线圈处所施加的电压（喷射器电压）的与速度有关的影响。也即在线圈驱动阀情况下在关断操控电流之后发生磁力减少。通过弹簧预应力和在阀处所施加的液压力（例如由燃料压力引起），得出所得出的力，其在阀座的方向上加速磁衔铁和阀针。直接在对阀座进行冲击之前，磁衔铁和阀针达到其最大速度。于是在线圈的芯和磁衔铁之间的空隙也以该速度变大。由于磁衔铁的运动和随之出现的空隙提高，磁衔铁的剩余磁性导致线圈中的电压感应。最大出现的运动感应电压于是表示磁衔铁的最大速度和从而表示机械关闭阀的时刻。
在无电流的线圈中感应的电压的电压变化过程从而至少部分地通过磁衔铁的运动确定。通过适当地分析在线圈中感应的电压的时间变化过程可以至少以良好近似确定基于在磁衔铁和线圈之间的相对运动的分量。通过这种方式也自动地获得关于运动变化过程的信息，该信息准许精确推断出最大速度的时刻和从而也推断出关闭阀的时刻。
机械关闭时刻的认识允许确定所谓的喷射器关闭时间Tclose，其定义为在操控电流或喷射器电流的关断和阀或阀针的所探测的关闭之间的时间差。
所述方法具有以下优点：可以在线地在发动机控制设备中执行该方法。如果例如由于喷射阀和操控电子系统的上面所提及的容差而应该改变阀关闭特性，则在所述的关闭时刻探测方法中自动地识别该改变并且可以通过所改变的操控相应地进行补偿。
指出，为了执行所述方法不需要确定阀的关闭过程的整个动态。为了优化阀操控，根据本发明可以仅仅确定关闭时刻。由此有利地减小对发动机控制设备的计算功率的要求。
另外指出，所述持续时间与用于时间上操控喷射阀的已知持续时间相区别在于，在所述的持续时间情况下考虑关于阀的实际关闭时刻的先前获得的知识。
根据一种实施例，关闭时刻的确定包括计算在无电流的线圈中感应的电压的所检测的时间变化过程的时间导数。关闭时刻在此可以通过在感应的电压变化过程的时间导数中的局部最小值来确定。
指出，可以将计算限制于所预期的关闭时刻所处于的时间间隔上。由此可以通过简单的方式减小对于所述方法所需要的计算耗费。
根据另一实施例，关闭时刻的确定包括将在线圈中感应的电压的所检测的时间变化过程与参考电压变化过程相比较。
参考电压变化过程在此可以选择为，使得所述参考电压变化过程描述所感应的电压的、通过在线圈驱动的磁路中的衰减的涡流引起的分量。由此可以获得关于磁衔铁的实际运动的特别精确的信息。比较例如可以包括在线圈中感应的电压与参考电压变化过程之间的简单的差形成。
这里也可以将比较限制于预期是关闭时刻所处于的时间间隔上。
根据另一实施例，参考电压变化过程被确定，其方式是，在阀如在真实运行中那样以电的方式被操控之后，在将线圈驱动的磁衔铁固定在阀的关闭位置中时检测在无电流的线圈中感应的电压。
因为在此情况下磁衔铁的运动被抑制，所以参考电压变化过程仅仅表征由于在磁衔铁中衰减的涡流而在线圈中感应的电压。在真实运行中，在无电流的线圈中感应的电压的时间变化过程与这样确定的参考电压的时间变化过程之间的差从而以非常良好的近似代表所感应的电压的运动分量，该运动分量由在磁衔铁和线圈之间的相对运动引起。由此可以以特别高的精度来确定关闭时刻。
参考电压变化过程例如可以通过数学参考模型的参数来描述。这具有以下优点：所述方法可以通过以适当方式编程的微控制器来执行。有利地对用于对阀进行电操控的根据现有技术已知的硬件不需要或仅仅需要非常小的改变。
根据另一实施例，关闭时刻的确定包括将（a）在线圈中感应的电压的所检测的时间变化过程的时间导数与（b）参考电压变化过程的时间导数相比较。在此例如可以计算在（a）在线圈中感应的电压的所检测的时间变化过程的时间导数与（b）参考电压变化过程的时间导数之间的差。
关闭时刻于是可以通过局部最大值或通过局部最小值（视差形成的符号而定）确定。这里也可以将分析限制于预期的关闭时刻所处于的时间间隔上，所述分析包括两个时间导数的计算以及差形成。同样的可以适用于在弹跳过程之后必要时存在的其他关闭时刻。
参考电压变化过程可以通过电子电路模仿。这种电子电路可以具有不同的组件或模块，例如参考发生器模块、减法模块和分析模块。
参考发生器模块例如可以产生参考信号，所述参考信号与线圈的电流关断过程时间同步地模仿通过衰减的涡流在无电流的线圈中感应的和按指数衰减的线圈电压。减法模块用于线圈电压和参考信号的差形成，以便消除线圈信号通过衰减的涡流感应的电压分量。由此基本上留存线圈电压的运动感应的分量。分析模块可以识别线圈电压的运动感应的分量的最大值，该最大值指示喷射器的关闭时刻。
根据另一实施例，该方法此外包括基于所确定的持续时间操控阀。
所确定的持续时间可以如传统的持续时间那样对于喷射阀的时间操控在发动机控制装置中作为特性曲线族来存放。特性曲线族除了电操控的所述持续时间之外还可以是其他影响参量，例如（a）要喷射的燃料的量的量额定值，（b）在输入侧施加在阀上的燃料压力，（c）在喷射期间汽缸内部压力和/或（d）用阀所喷射的燃料的温度。
指出的是，所述方法可以并行地针对发动机的不同喷射阀被执行。不同的喷射阀在此可以被分配给一个或多个汽缸。在借助于发动机控制装置并行地操控多个喷射阀的情况下，相应的数据也可以以多个特性曲线族存放，其中给一个喷射阀分配一个特性曲线族。由此可以对于每个喷射阀实现单独的操控。
根据另一实施例，对于一系列不同的喷射脉冲借助于迭代程序确定持续时间。在该程序情况下对于用于未来的喷射过程的对阀的电操控的持续时间确定校正值。根据（a）用于在前喷射过程的对阀的电操控的持续时间的校正值和（b）在（b1）阀的电操控的标称有效持续时间和（b2）用于在前喷射过程的对阀的电操控的单独有效持续时间之间的时间差来进行该确定。在此情况下，单独有效持续时间从用于在前的喷射过程的对阀的电操控的开始和用于在前的喷射过程的确定的关闭时刻之间的时间差得出。
在此，将标称有效持续时间概念理解为表征喷射阀的所使用的类型的持续时间。因此也可以将标称有效持续时间理解为结构相同的喷射阀的有效喷射时间，其由结构相同的喷射阀的电操控的持续时间和关闭时间Tclose得出。在此，关闭时间Tclose通过在操控电流的关断和结构相同的喷射阀的阀或阀针的确定的关闭之间的时间差来定义。
标称有效持续时间可以提前根据实验借助于具有标称行为的典型喷射器末级和借助于具有标称行为的结构相同的喷射阀确定。单独有效持续时间可以如上所述基于用于电操控的所确定的关闭时刻来确定。
直观地说，在所述方法中使用信息“喷射阀关闭时刻”，以便检测真实喷射的燃料量与经由额定值MFF_SP定义的要喷射的标称燃料量的偏差并且经由校正值如此适配喷射阀的电操控持续时间，使得与标称燃料量的偏差被最小化。通过该方法尤其是可以对于小于最小燃料量MFF_min的喷射量明显改善喷射量的精度。
根据另一实施例，对在标称有效持续时间与单独有效持续时间之间的时间差用加权因子来加权。该加权因子可以经由特性曲线族与当前运行条件有关。依赖关系的确定可以离线地基于根据实验的研究来进行。
根据本发明的另一方面，描述用于确定具有线圈驱动的阀、尤其是用于内燃机的直接喷射阀的电操控的持续时间的设备。所述设备具有（a）用于关断通过线圈驱动的线圈的电流使得线圈是无电流的关断单元、（b）用于检测在无电流的线圈中感应的电压的时间变化过程的检测单元和（c）分析单元，其被设立（c1）用于基于所检测的时间变化过程确定阀的关闭时刻和（c2）用于基于所确定的关闭时刻确定用于未来喷射过程的对阀的电操控的持续时间。
根据另一方面，描述用于确定具有线圈驱动的阀、尤其是用于内燃机的直接喷射阀的电操控的持续时间的计算机程序。该计算机程序当由处理器执行时被设立用于控制上述方法。
在该文献的意义上，这样的计算机程序的命名与程序元件、计算机程序产品和/或计算机可读介质是同义的，其包含用于控制计算机系统的指令，以便以适当的方式协调系统或方法的工作方式，用于实现与根据本发明的方法逻辑连接的作用。
计算机程序可以作为计算机可读的指令代码以任何适当的编程语言、例如以JAVA、C++等来实现。计算机程序可以被存储在计算机可读的存储介质（CD-Rom、DVD、蓝光盘、可更换式驱动器、易失性或非易失性存储器、所安装的存储器/处理器等）上。指令代码可以这样对计算机或其他可编程设备如尤其是用于机动车的发动机的控制设备编程，使得实施所希望的功能。另外，计算机程序可以在网络、例如因特网中被提供，在需要时可以由用户从所述网络下载所述计算机程序。
本发明不仅可以借助于计算机程序、也即借助于软件、而且借助于一个或多个专用电路、也即以硬件或以任意的混合形式、也即借助于软件组件和硬件组件来实现。
指出的是，关于不同的发明主题对本发明的实施方式进行了描述。尤其是描述了具有方法权利要求的本发明几个实施方式和具有设备权利要求的其它本发明实施方式。但是在阅读该申请时技术人员立即清楚的是，只要没有明确地进行其他说明，除了属于本发明主题的一种类型的特征的组合之外，属于本发明主题的不同类型的特征的任意组合也是可能的。
附图说明
本发明的其他优点和特征从对目前优选的实施方式的以下示例性描述中得出。该申请的附图的各个图仅仅可被看作是示意性的并且不按比例的。
图1a示出已知的直接喷射阀的特性曲线，以图表形式示出，其中所喷射的燃料量MFF根据电操控的持续时间Ti绘出。
图1b对于不同强烈的误差以电流分布图示出喷射量相对于标称电流分布图的相应偏差。
图2示出用于具有线圈驱动的直接喷射阀的典型的电流操控分布图和相应的电压变化过程。
图3a与图1b一致地示出系统容差根据操控持续时间Ti对喷射精度的影响。
图3b示出图3a的测量结果，其中横坐标在将操控持续时间Ti朝向有效持续时间变换之后被修改，在所述有效持续时间情况下考虑喷射器的所测量的关闭时间。
图4a示出基于在线圈中所感应的电压变化过程的时间导数对关闭时刻的探测。
图4b示出在使用参考电压变化过程情况下对关闭时刻的探测，所述参考电压变化过程表征由于在磁衔铁中涡流的衰减而在线圈中引起的感应效应。
图5示出用于基于阀的关闭时刻的认识来对阀进行电操控的方法的流程图。
具体实施方式
指出的是，按照该实施方式与相应的特征或组件相同或至少功能相同的不同实施方式的特征或组件设置有相同的附图标记。为了避免不必要的重复对已经根据先前所述的实施方式阐述的特征或组件在后面不再详细地予以阐述。
图3a与图1b一致地示出系统容差根据操控持续时间Ti对喷射精度的影响。在朝向较高和较低电流水平的各两个步骤中示出以标称操控为出发点的电流分布图的变化的影响。在分别5个不同的电流水平上的该变化对于具有最小容差范围的第一喷射器和具有最大容差范围的第二喷射器来执行。因此总之从而对于每个喷射时间得出10个测量点。用于第一喷射器的测量点用三角形表示，其顶点指向下。用于第二喷射器的测量点用三角形表示，其顶点指向上。清楚地识别出，对于在弹道范围中的操控持续时间Ti得出非常大的量分散。所观察的变化在弹道范围中不允许稳定的和排放优化的发动机运行。
图3b示出图3a的测量结果，其中横坐标在操控持续时间Ti朝向有效操控持续时间变换之后被修改，在该有效操控持续时间情况下考虑喷射器的所测量的关闭时间。如在图3a中那样，在纵坐标上绘出每工作循环（MFF）的实际喷射的燃料量。所使用的变换通过以下方程（1）来描述：
Ti-eff在此是喷射阀的有效持续时间。Ti是所使用的电操控持续时间和Tclose是喷射器的确定的关闭时间。如已经在上面描述的，关闭时间Tclose被定义为在操控电流的关断和阀的所探测的关闭之间的时间差。
如从所变换的图3b可以看出，在将MFF表示为Ti_eff的函数情况下在图3a中可观察到的量分散非常好地近似地被消除。该特性所基于的认识是，尤其是在弹道范围中，所考虑的系统式系统容差（喷射器末级的电流精度以及喷射器的机械容差）影响喷射器的关闭和从而影响所测量的关闭时间Tclose。因为关闭时间Tclose与量行为相关，所以可以通过将该信息计算在内来在很大程度上消除量分散的影响。
在该申请中所述的和为了优化阀操控所使用的关闭时刻探测方法基于以下物理效应，所述物理效应在喷射阀的关断阶段中出现：
1. 首先，关断在喷射阀的线圈处的电压导致自感应电压，其通过再生电压限制。该再生电压典型地按照数值比升压电压大一些。只要自感应电压超过再生电压，则在线圈中出现电流流动并且线圈中的磁场被减少。该效应的时间位置在图2中用“I”示出。
2. 在线圈电流衰减期间就已经出现磁力减小。一旦弹簧预应力和液压力由于要喷射的燃料的压力而超过减小的磁力，就得出所得到的力，其使磁衔铁连同阀针一起在阀座的方向上加速。
3. 如果自感应电压不再超过再生电压，则电流不再流经线圈。线圈以电的方式处于所谓的“开放线圈”运行中。由于磁衔铁的磁材料的欧姆电阻，在线圈的场减少时感应的涡流按指数衰减。涡流的减少又导致线圈中的场变化并且从而导致电压的感应。该感应效应导致在线圈处的电压值从再生电压的水平出发按照指数函数的变化过程上升直至值“零”。该效应的时间位置在图2中用“III”示出。
4. 直接在将阀针冲击到阀座之前，磁衔铁和阀针达到其最大速度。在线圈芯和磁衔铁之间的空隙以该速度增大。由于磁衔铁的运动和随之出现的空隙提高，磁衔铁的剩余的磁性导致线圈中的电压感应。出现的最大感应电压表示磁衔铁（和还有相连接的阀针）的最大速度并且从而表示阀针的机械关闭的时刻。该由磁衔铁和与之连接的阀针速度引起的感应效应与由于涡流的衰减引起的感应效应叠加。该效应的时间位置在图2中用“IV”示出。
5. 在机械关闭阀针之后，经常进行弹跳过程，其中阀针再次短时地从关闭位置被偏转。但是由于弹簧应力和所施加的燃料压力，阀针再次被压到阀座中。在弹跳过程之后阀的关闭在图2中用“V”示出。
在该申请中所述的方法现在基于：从在关断阶段中所感应的电压变化过程中来探测喷射阀的关闭时刻。如下面详细阐述的，该探测可以用不同的方法来执行。
图4a示出在保持阶段结束时和在关断阶段中的不同信号变化过程。在保持阶段和关断阶段之间的过渡在关断时刻进行，所述关断时刻通过垂直虚线表示。通过线圈的电流以单位安培通过设置有附图标记400的曲线表示。在关断阶段中，从由于磁衔铁和阀针速度引起的感应效应与由于涡流衰减引起的感应效应的叠加中得出所感应的电压信号410。电压信号410以单位10伏特表示。在电压信号410处看出，在电压提高的速度由于阀针和磁衔铁的回弹而再次增加之前，电压提高的速度在关闭时刻的范围中剧烈减小。设置有附图标记420的曲线表示电压信号410的时间导数。在该导数420中，在局部最小值421处可以识别关闭时刻。在回弹过程之后，可以在另一最小值422处识别另一关闭时刻。
即使仅比较小地贡献于对本发明的理解，在图4a中另外示出曲线430，其以单位克/秒示出燃料流量。识别出，通过喷射阀的所测量的燃料流量在所探测的关闭时刻之后不久从上面非常快速地下降。在（基于对操控电压的分析）所探测的关闭时刻与所测量的燃料流量速率第一次达到值零的时刻之间的时间偏离由在确定燃料流量时有限的测量动态得出。从大约3.1ms的时间起，相应的测量信号430稳定到值“零”。
为了减少用于执行所述的关闭时刻探测方法所需要的计算功率，也可以仅仅在有限的时间区间内执行对导数420的确定，所述时间区间包含所预期的关闭时刻。
如果例如用围绕所预期的关闭时刻
的宽度
来定义时间区间I，则对于实际的关闭时刻
有：
如上已经表明的，该方案可以被扩展，以便探测基于在时刻
的基于弹跳阀针而对阀的重新关闭。为此定义具有围绕在第一弹跳过程之后预期的关闭的时刻
的宽度
的时间区间。相对于关闭时刻
通过
确定时刻。
图4b示出在使用参考电压变化过程的情况下对关闭时刻的探测，其表征由于在磁衔铁中涡流的衰减而在线圈中引起的感应效应。在图4b中与在图4a中同样地示出保持阶段的结束和关断阶段。从由于空隙和相同的阀针速度引起的感应效应和由于涡流的衰减引起的感应效应的叠加得出的所测量的电压变化过程410与在图4a中相同。线圈电流400与图4a相比也不变。
现在想法是：通过参考模型计算电压信号410的仅仅由由于涡流的衰减引起的感应效应带来的分量。相应的参考电压信号通过具有附图标记435的曲线来表示。通过确定在所测量的电压变化过程410和参考电压信号435之间的电压差可以消除由于衰减的涡流引起的感应效应。差电压信号440因此表征与运动有关的感应效应并且是磁衔铁和阀针的速度的直接尺度。差电压信号440的最大值441表征直接在针击中阀座之前达到的最大磁衔铁或阀针速度。因此可以使用差电压信号的最大值441用于确定实际的关闭时刻。
作为例子，下面列举简单的现象学参考模型。该参考模型可以在线地在电子发动机控制装置中被计算。但是其他物理模型方案也是可设想的。
一旦或者在自感应电压不再超过再生电压之后，但是在达到
之前启动参考模型（t=0）并且从而无电流再流经线圈。线圈于是以电的方式处于“开放线圈”运行中。参考电压变化过程435在大于最大打开时压力的燃料压力时针对喷射试验台处的参考喷射器被测定。在此尽管电操控，喷射器以液压的方式在闭合的位置中被夹住。在关断阶段中的在此所测量的电压变化过程（未示出，但是除了模型不准确性之外与435相同）因此仅仅表征通过按指数衰减的涡流而感应的电压分量。
参考模型的所述一个或多个模型参数可以接着在离线运行中如此被优化，使得实现与所测量的电压变化过程435的尽可能好的一致性。这可以以已知的方式经由通过梯度搜索方法使质量标准最小化来实现。
一般地，对于所建模的参考电压
，由关闭阶段、电阻和涡流在其中流动的磁性材料
的温度特性以及在保持阶段中在关断时刻的电流值
得出具有所测量的电压起始值
的参数的与时间有关的模型。该模型在数学上可以通过下面方程来描述：
可以通过下面的模型实现简单的实现。具有喷射器温度
和
的依赖关系的时间常数根据这里所示的实施例通过特性曲线族来存放。
如上从对在参考模型435与所测量的感应电压410之间的电压差440的局部最大值的确定中得出关闭时刻。该分析可以再次在具有围绕所预期的关闭时刻的宽度
的时间区间I中发生。
在此，
代表所测量的电压信号410。
如上面已经示出的，该算法可以通过定义适当的观察时间区间来扩展，以便探测喷射器由于弹跳喷射器针在时刻
的重新关闭。
下面描述用于喷射阀的电操控的优化的额定值确定用于改善量精度：
根据现有技术，电操控持续时间Ti作为特性曲线族或者在多个喷射阀的情况下作为一组不同的特性曲线族被存放在发动机控制装置中。除了所谓的燃料量额定值MFF_SP和燃料压力FUP之外，作为附加的影响参量考虑在喷射期间所施加的汽缸内部压力
和燃料温度
。这在方程（7）中予以描述：
在对在该申请中描述的方法的准备中，现在附加地也还引入在方程（1）中定义的有效操控持续时间或实际喷射持续时间的额定值Ti_eff_sp的特性曲线族。该关系在准备阶段中根据具有标称行为的喷射器和喷射器末级根据实验确定。在此，根据图3b作为定义标称地要喷射的燃料量的额定值MFF_SP的函数来确定值Ti_eff_sp。额定值Ti_eff_sp利用下面的方程（8）得出：
下面，描述使用根据方程（8）定义的主导参量Ti_eff_sp用于以调节的方式运行喷射阀用于改善量精度：
首先在使用方程（8）的情况下通过所测量的有效喷射持续时间Ti_eff确定真实量行为MFF。与标称燃料量MFF_SP的偏差经由Ti_eff与标称值Ti_eff_sp的偏差来识别。
图5示出用于以调节的方式运行喷射阀的算法。该算法可以对于每个喷射器XInj单独地被执行。描述该算法的流程图在第N个喷射脉冲时从步骤552开始。下面将值N用作下标。
步骤552：
在步骤552中为（A）操控持续时间TiN和（B）标称有效持续时间Ti_eff_spN确定额定值。（A）用于第N喷射脉冲的操控持续时间TiN在此从下面的方程（9）得出：
在此适用的是：
自适应特性曲线族
根据这里所示的实施例在发动机控制装置中在线地被适配。在新的喷射系统（N=1）情况下，其中在发动机控制装置的非易失性存储器中还未存储值，不对喷射时间进行校正，因为还没有校正被学习。这意味着，
具有值零。
（B）用于第N个喷射脉冲的标称有效持续时间Ti_eff_spN的额定值从上述方程（8）中得出：
步骤554：
在步骤554中基于TiN和Ti_eff_spN的所确定的值来实施在喷射器XInj处的第N喷射过程。
步骤556：
在步骤556中利用上面详细地阐述的方法来确定或测量关闭时间TcloseN。
步骤558：
在步骤558中，对于相应的喷射器，为所执行的第N喷射过程计算单独的有效操控持续时间Ti_effN。这根据上述方程（1）进行：
步骤560：
在步骤560中计算偏差
。在此适用的是：
步骤562：
在步骤562中为下一喷射过程计算新的自适应值
。该新的自适应值
以递归方式由下面的方程（13）得出：
在此适用的是
这意味着，自适应值
根据运行条件被学习。
权重因子c可以经由特性曲线族与相应的运行条件有关。c的依赖关系的确定优选地离线地基于根据实验的试验来进行。这意味着，下面的适用：
注意到，不能执行直接时间离散调节，因为所确定的调节偏差
仅对于在该喷射脉冲时出现的运行条件有效。出于该原因需要根据运行条件进行自适应。
步骤564：
在步骤564中，索引N被改变到新的当前索引N+1。该方法利用上述的步骤552继续。
为了在每个发动机起动时能够从开始以非常高的量精度来实施每个喷射脉冲，对于每个喷射器可以在对发动机控制装置的跟踪期间以汽缸单独的方式将自适应特性曲线族
存储在发动机控制装置的非易失性存储器中。
指出的是，对于具有多次喷射的运行需要的是，不仅对于每个喷射器单独地、而且对于每个喷射脉冲单独地执行自适应
。
附图标记列表
400 线圈电流[A]
401 电压电流[10 V]
420 电压信号时间导数[V/ms]
421 局部最小值/关闭时刻
422 另外的局部最小值/另外的关闭时刻
430 燃料流量[g/s]
435 参考电压信号[10 V]
440 差电压信号[V]
441 差电压信号的最大值
552 第一步骤
554 第二步骤
556 第三步骤
558 第四步骤
560 第五步骤
562 第六步骤
564 第七步骤
Claims (10)
1. 用于确定对具有线圈驱动的阀、尤其是用于内燃机的直接喷射阀的电操控的持续时间（TiN）的方法，该方法具有：
-关断通过线圈驱动的线圈的电流流动（400），使得线圈是无电流的，
-检测在无电流的线圈中所感应的电压的时间变化过程（410），
-基于所检测的时间变化过程（410）来确定阀的关闭时刻，和
-基于所确定的关闭时刻为将来的喷射过程确定对阀的电操控的持续时间（TiN）。
2. 根据前述权利要求所述的方法，其中确定关闭时刻包括计算在无电流的线圈中所感应的电压的所检测的时间变化过程（410）的时间导数（420）。
3. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述关闭时刻的确定包括将在线圈中感应的电压的所检测的时间变化过程（410）与参考电压变化过程（435）相比较。
4. 根据前述权利要求之一所述的方法，其中参考电压变化过程（435）被确定，其方式是，在阀如在真实运行中那样以电的方式被操控之后，在将线圈驱动的磁衔铁固定在阀的关闭位置中时检测在无电流的线圈中感应的电压。
5. 根据前述权利要求3至4之一所述的方法，其中所述关闭时刻的确定包括将（a）在线圈中感应的电压的所检测的时间变化过程的时间导数（420）与（b）参考电压变化过程的时间导数相比较。
6. 根据前述权利要求之一所述的方法，另外具有：
-基于所确定的持续时间（TiN）操控阀。
7. 根据前述权利要求的方法，其中对于一系列不同的喷射脉冲借助于迭代程序确定持续时间（TiN），在该程序情况下，根据
（a）用于在前的喷射过程的对阀的电操控的持续时间的校正值和
（b）在（b1）阀的电操控的标称有效持续时间（Ti_eff_spN）和（b2）用于在前的喷射过程的对阀的电操控的单独有效持续时间（Ti_effN）之间的时间差（ 
）来确定用于未来的喷射过程的对阀的电操控的持续时间的校正值（
），其中单独有效持续时间（Ti_effN）从用于在前的喷射过程的对阀的电操控的开始和用于在前的喷射过程的确定的关闭时刻之间的时间差得出。
8. 根据前述权利要求所述的方法，其中对在标称有效持续时间与单独有效持续时间之间的时间差（
）用加权因子（c）来加权。
9. 用于确定具有线圈驱动的阀、尤其是用于内燃机的直接喷射阀的电操控的持续时间（TiN）的设备，所述设备具有
-用于关断通过线圈驱动的线圈的电流流动（400）使得线圈是无电流的关断单元，
-用于检测在无电流的线圈中感应的电压的时间变化过程（410）的检测单元和
-分析单元，其被设立
用于基于所检测的时间变化过程（410）确定阀的关闭时刻和
用于基于所确定的关闭时刻确定用于未来喷射过程的对阀的电操控的持续时间（TiN）。
10. 用于确定具有线圈驱动的阀、尤其是用于内燃机的直接喷射阀的电操控的持续时间（TiN）的计算机程序，其中计算机程序当由处理器执行时被设立用于控制根据权利要求1至8之一所述的方法。
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