CN103154479A - 用于燃油喷射阀的调整性空行程补偿 - Google Patents

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Abstract

介绍一种用于驱动内燃机的方法和一种内燃机。该内燃机具有喷射系统，喷射系统带有至少一个通过执行器间接地驱动的喷射器和高压蓄存器。按照该方法，连续地给至少一个喷射器的执行器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲，且采用液压的和/或电的方式连续地求取执行器的空行程。在确定出空行程变化的情况下，对喷射器的喷射时间进行相应的校正。

Description

用于燃油喷射阀的调整性空行程补偿
本发明涉及一种用于驱动内燃机的方法，内燃机具有喷射系统，喷射系统带有至少一个通过执行器间接地驱动的喷射器和高压蓄存器。
就间接地驱动的燃油喷射器而言，执行器特别是压电执行器对控制阀的阀活塞进行控制，借此来影响控制腔与阀腔之间的压力比例。在这里，控制阀活塞的运动由分别引起的力状况(控制腔与执行器腔中的压力以及由执行器施加的力/膨胀)决定。如果要触发喷射，就对执行器施加电能。在这种情况下，例如在能量控制下对执行器进行控制。为此并行地测量充电电流和执行器上的电压，并根据公式“E＝0.5*∫(I压电)dt*U压电”来确定当前的能量。
就压电执行器而言，执行器由于压电效应而膨胀，并对控制阀的阀活塞施加力。如果执行器力超过反力，控制阀就打开，于是控制腔中的压力下降。根据进入到控制腔中的或者从控制腔中排出的燃油量的比例，阀针上的力状况发生变化，该阀针依据所产生力进行移动并打开喷射孔。为了结束喷射，在预定的时间之后对执行器放电，并关闭控制阀。在控制腔中建立的压力通过阀针的移动而关闭喷射阀。
各个喷射器尤其是在其寿命期间的量误差在此特别是受机械误差、温度、磨合特性和磨损影响。因而会产生相应的喷射器的切换泄漏。对于相应的量误差的大小来说，需要用来打开控制阀的执行器特别是压电执行器的能量需求起主要作用。该能量需求相应于待由执行器历经的称为空行程的行程。由于空行程因磨损、寿命、温度、负荷分布等而发生变化，所以，实际喷射与给定喷射有所不同。
本发明的目的在于，提出一种用于驱动内燃机的方法，借助该方法能够在内燃机的喷射器的寿命期间特别精确地进行喷射。
根据本发明，按照第一实施方式，所述目的通过一种所述类型的方法得以实现，该方法具有如下步骤：
在运行阶段期间连续地给至少一个喷射器的执行器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲，在所述运行阶段中并不进行泵输送或通常的喷射，且求得高压蓄存器中的由此引起的压力下降，由此连续地液压地求取执行器的空行程；
在确定出压力下降的变化并进而确定出空行程变化的情况下，对喷射器的喷射时间进行相应的校正。
根据本发明，按照第二实施方式，上述目的通过一种具有如下步骤的方法得以实现：
连续地给至少一个喷射器的执行器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲，且求得在喷射器的执行器上的由此引起的电压下降，由此连续地电地求取执行器的空行程；
在确定出电压下降的变化并进而确定出相比于参比值的空行程变化的情况下，对喷射器的喷射时间进行相应的校正。
根据本发明因而提出，分别单独地且连续地求取喷射器的空行程，并借助于在喷射器控制中的校正，通过进行喷射时间校正来考虑例如因磨损、寿命、温度和负荷分布等而出现的相比于参考值的空行程变化。
为了求得空行程，本发明提出两个方法变型，即一个为液压的空行程求取方法，一个为电的空行程求取方法。本发明还提出这两种方法的组合。
由此确保在内燃机的整个工作区域内以连续的方式优化地进行喷射时间校正，(压力、温度、喷射次数)，其中视部分区域而定，进行纯液压的、纯机械的或者组合的空行程确定。在重叠区域中并行地应用这两种方法，且在那里可以对这两种方法进行比较。
两种方法变型的共同之处在于，给喷射系统中的喷射器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲。系统中已知的参数即高压蓄压器(共轨)中的压力或在喷射器的执行器(压电执行器)上的电压在此分开地或者并行地被分析。
按照用于确定空行程的液压的方法变型，在时间上在测试脉冲之前和之后对高压蓄压器中的压力进行分析。随着测试脉冲的能量增加，执行器在历经空行程之后触动伺服阀。控制腔中的处于高压下的燃油可以通过回流泄出。高压蓄压器中的压力因而下降，这是因为燃油从蓄存器接续地流入到控制腔中。基于对伺服阀的控制，压力下降dP＝(测试脉冲_之前_的蓄压管压力-测试脉冲_之后的_蓄压管压力)的大小与控制阀活塞的行程相关，进而与喷射器的空行程相关。因而可以通过对压力下降dP的测量来求得喷射器的空行程变化。
按照用于空行程确定的电的方法变型，在测试脉冲期间分析在喷射器的执行器上的电压信号。这些测试脉冲被分成三个阶段。在第一阶段中，受控地对执行器施加电荷。在第二阶段—保持阶段—中，在控制器与执行器之间并不进行电荷传输。在第三阶段—放电阶段—中，从执行器输出电荷。执行器上的电压由所施加的电荷量、执行器的电容和在执行器上产生的力决定。执行器(压电执行器)的电容随着执行器的温度仅略微改变。在喷射事件期间，电容是恒定的。因此，在执行器的充电过程结束与放电开始之间的电压差，是由于通过打开控制阀致使控制腔中的压力下降而引起的在执行器上的力减小的量度。这种电压下降因而也与喷射器的空行程相关。因此，通过测量电压下降就可以求得喷射器的空行程变化。
因而按照这两种方法变型，通过执行器的充电时间(T_CHA)的延长来反复地增加测试脉冲的能量。由此产生的在第一变型中的压力下降或压力波动dP(T_CHA)和在第二变型中的电压下降或电压波动dV(T_CHA)被分别单独地或者共同地记录下来。需要用来实现规定的压力波动(dP_REF)或规定的电压下降(dV_REF)的所需能量与喷射器的空行程相关。
液压的空行程确定的方法具有精确度高的优点。该方法也可应用于小的特别是小于60Mpa的高压蓄压器压力(蓄压管压力)。与伺服阀的打开动作存在直接关系。但应用领域局限于不进行泵输送或喷射的区域(即蓄压管压力仅受喷射器的切换泄漏影响)。在压力信号分辨率信号扫描速率给定的情况下，需要相对长的测试脉冲(通常为5ms)。
相比之下，电的空行程确定的方法具有的优点是，需要相对短的测试脉冲(通常小于1ms)，应用领域不受泵输送限制。然而，与伺服阀的打开动作仅存在间接的关系，且应用领域局限在大于60…80Mpa的蓄压管压力。
在本发明的方法的一种特别优选的实施方式中，把液压的和电的空行程确定相互组合起来，尤其是可以在广泛的应用领域内对特定于喷射器的空行程进行监视。这里特别地提出，在高压蓄压器的低的压力范围内和/或在内燃机的低的转速范围内进行液压的空行程求取，而在高压蓄压器的中等的压力范围(过渡区域)内进行组合的液压的和电的空行程求取。在工作区域的低的蓄压管压力范围和转速范围内(大致为n＜2000U/min，P_蓄压管＜100MPa)，采用液压的空行程测量，这是因为这里通常有足够的时间用来设计具有必要长度的测试脉冲。在过渡区域(例如120MPa＜P_蓄压管＞60MPa)中，优选对液压的和电的空行程确定进行定期比较。为此延长喷射器的充电时间，直到与其并行地测得的压力下降或压力波动，由于受控制引起的喷射器切换泄漏而超过极限值(dP_REV)。同时测量在喷射器泄漏过程结束时的电压(压电电压)减去在放电过程开始前的电压(压电电压)。测得的压力波动dP与测得的电压差有关系。
由此产生的传递函数用来在唯一地采用电的空行程确定时确定电压波动dV_REF的极限值。该电压波动相应于相当的压力波动，且表示执行器的参考行程。
该传递函数可以与压力相关地存储在控制器中，且在同时采用液压的和电的空行程确定时被定期更新。由此能补偿执行器(压电执行器)的电特性的变化，且能提高电的空行程确定的精确度。根据本发明的方法的另一实施方式，在不能并行地采用电的和液压的空行程确定的压力区域内，借助模型由重叠压力区域中的参考电压曲线走势形成参考电压曲线。
因此，在本发明的方法中，根据相应的工作点—用压力、转速和喷射次数或者在配属于喷射器的气缸的相应的工作周期内可供空行程确定之用的时段来表征—基本上可以采用液压的或电的空行程确定。如所述，在过渡区域中可以并行地进行液压的和电的空行程确定，由此可以提高电的空行程确定的精确度。空行程确定采用该策略可以应用在宽广的特性曲线族范围内，且能实现根据工作点来校正空行程变化。
因此根据本发明，在该实施方式中，通过两种方法的组合来求得特定于喷射器的空行程，这些方法在其要求上互为补充，使得在喷射器的整个工作范围内能够连续地进行空行程确定。利用含有相同信息的冗余信号来提高空行程确定的方法的稳健性。
本发明还涉及一种具有喷射系统的内燃机，该喷射系统带有至少一个通过执行器间接地驱动的喷射器和高压蓄存器。该内燃机的特征在于，它具有被设计用来实施上述方法的控制系统。喷射系统经过设计，使得能够给至少一个喷射器的执行器(压电执行器)施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲。
下面将借助实施例结合附图详述本发明。其中：
图1在左边示出在测试脉冲期间喷射器电压以及蓄压管压力关于时间的曲线图，并在右边示出在电的和液压的空行程确定情况下电压波动以及压力波动关于压电执行器的充电时间的两个曲线图；
图2在左边的两个曲线图中与图1右边的两个曲线图类似地示出电的和液压的空行程确定的情况，并在右边的曲线图中示出通过电的和液压的空行程确定的相关性得到的传递函数；
图3示出液压的和电的空行程确定的典型应用领域和能并行地应用两个方法的重叠区域(负荷(pme＝气缸介质压力)和转速范围、蓄压管压力给定值(FUP值))；和
图4为电的和液压的空行程确定之间的协调流程图。
现在借助一个实施例来介绍本发明的方法，按照该实施例，液压的空行程确定和电的空行程确定相互并行地进行。在这里，给内燃机的间接驱动的压电式燃油喷射器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲，已知的系统参数即高压蓄压器压力或蓄压管压力和在喷射器的压电执行器上的电压相互并行地被分析。
在图1的左边的曲线图中示出了在空行程确定的测试脉冲期间喷射器电压或压电电压(V)以及高压蓄存器压力或蓄压管压力(巴)。可见，在测试脉冲期间产生了电压下降或电压波动dV和蓄压管压力下降或蓄压管压力波动dP。压力下降dP的大小和电压下降dV的大小与喷射器的空行程相关。
反复地延长压电执行器的充电时间(T_CHA)，由此增加测试脉冲的能量。压力波动dP(T_CHA)以及电压波动dV(T_CHA)被并行地示出。图1中的右边的两个曲线图示出电压波动dV和压力波动dP关于压电执行器的充电时间(T_CHA)的走势。因此，需要用来实现规定的压力波动(dP_REF)或规定的电压下降(dV_REF)的所需能量与喷射器的空行程相关。
采用这种方式特定于喷射器地且连续地进行电的和液压的空行程确定，借助这种空行程确定来求得由于磨损、寿命、温度和负荷分布所致的空行程变化，并据此进行喷射时间校正。
求取蓄压管上的压力下降与压电执行器上的电压下降在时间上同步地进行。图2的左边的两个曲线图与图1的右边的两个曲线图类似地示出液压的空行程确定的相应的dV和dP曲线。如所述，为了求取这两个曲线，延长喷射器的充电时间，直到与其并行地测得的压力波动由于受控制引起的喷射器切换泄漏而超过极限值dP_REF。同时测量电压差，其被规定为在喷射器泄漏过程结束时的压电电压减去在放电过程开始前的压电电压。测得的压力波动dP与测得的电压差dV有关系。在这种情况下得到图2中右边所示的传递函数。
该传递函数用来在唯一地采用电的空行程确定时确定电压波动dV_REF的极限值。该电压波动相应于相当的压力波动，且表示压电执行器的参考行程。传递函数可以与压力相关地存储在控制器中。在同时采用液压的和电的空行程确定时，该传递函数被定期更新。由此补偿压电执行器的电特性的变化，且提高了电的空行程确定的精确度。
就本发明的方法而言，把液压的和电的空行程确定组合起来，使得能够在广泛的应用领域内监视特定于喷射器的空行程。图3示出液压的和电的空行程确定的典型的应用领域以及能够采用这两种方法并能对这两种方法进行比较的重叠区域。这里，在横座标上给出了转速(l/min)，在纵座标上给出了气缸介质压力＝负荷pme(巴)。还示出了相应的蓄压管压力给定值(FUP值)。左边的阴影线区域表示仅进行液压的空行程确定的区域。相邻的虚线区域表示并行地进行液压的和电的空行程确定的区域。右边的阴影线区域表示仅进行电的空行程确定的区域。在过渡区域或重叠区域对液压的和电的空行程确定进行定期的比较，如上所述。
图4所示为电的和液压的空行程确定之间的协调流程图。为了进行空行程确定或空行程漂移校正，首先计算内燃机的运行状态(蓄压管压力、转速、喷射次数…)。如果存在激活液压的空行程确定的区域，就进行液压的空行程确定。然后计算压电执行器的充电时间T_CH_ACT。之后把算得的充电时间从参考充电时间T_CH_REF中减去，进而求得差值T_CH_DIF。该差值在调整和过滤之后用来求取由空行程引起的喷射校正T_CHA_DIF(FUP)。由此得到相应的喷射校正f(T_CHA_DIFF(FUP))。
如果不存在激活的液压的空行程确定的区域，就检查是否存在激活的电的空行程确定的区域。如果情况如此，就进行电的空行程确定，然后利用所述传递函数计算dV_Ref，并据此计算执行器的充电时间T_CH_ACT。此后的其它步骤与上述液压的空行程确定的步骤一致。
如果也不存在激活的电的空行程确定的区域，就把液压的和电的空行程确定组合起来。据此算得执行器的充电时间T_CH_ACT。利用该值来更新关系dP_dV。然后进行与液压的和电的空行程确定相同的步骤。

Claims (9)

1.一种用于驱动内燃机的方法，该内燃机具有喷射系统，喷射系统带有至少一个通过执行器间接地驱动的喷射器和高压蓄存器，该方法具有如下步骤：
在运行阶段期间连续地给至少一个喷射器的执行器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲，在所述运行阶段中并不进行泵输送或通常的喷射，且求得高压蓄存器中的由此引起的压力下降，由此连续地液压地求取执行器的空行程；
在确定出压力下降的变化并进而确定出相比于参比值的空行程变化的情况下，对喷射器的喷射时间进行相应的校正。
2.一种用于驱动内燃机的方法，该内燃机具有喷射系统，喷射系统带有至少一个通过执行器间接地驱动的喷射器和高压蓄存器，该方法具有如下步骤：
连续地给至少一个喷射器的执行器施加以具有反复地增加的能量的电的测试脉冲，且求得在喷射器的执行器上的由此引起的电压下降，由此连续地电地求取执行器的空行程；
在确定出电压下降的变化并进而确定出空行程变化的情况下，对喷射器的喷射时间进行相应的校正。
3.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，连续的液压的和连续的电的空行程求取相互组合，特别是相互并行地进行。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据内燃机的相应的工作点进行液压的、电的或组合的空行程求取。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在高压蓄压器的低的压力范围内和/或在内燃机的低的转速范围内进行液压的空行程求取。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在高压蓄压器的中等的压力范围(过渡区域)内进行组合的液压的和电的空行程求取。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在组合的液压的和电的空行程求取情况下，测得的压力下降与电压下降相互关联，并据此确定传递函数，该传递函数在电的空行程求取情况下用作参考函数。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在不能并行地进行液压的和电的空行程求取的压力区域内，借助模型由重叠压力区域中的参考电压曲线走势形成参考电压曲线。
9.一种具有喷射系统的内燃机，该喷射系统带有至少一个通过执行器间接地驱动的喷射器和高压蓄存器，其特征在于，该内燃机具有被设计用来实施根据前述权利要求中任一项的方法的控制系统。
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