CN103299054B - 用于操作喷射阀的方法和设备 - Google Patents

Abstract

喷射阀（100）包括阀针（20），所述阀针在关闭位置防止流体流出喷射喷嘴且在关闭位置之外允许流体流出喷射喷嘴。此外，喷射阀（100）包括设计成致动阀针（20）的电磁致动器单元（36）。所述致动器单元（36）根据具有给定激励周期（Ti）的预定激励信号激励，用于实现流体流出喷射喷嘴。至少在阀针（20）可到达关闭位置的时间周期内获取致动器单元电压特性（Uc）。确定致动器单元电压特性（Uc）的噪音部分，且根据致动器单元电压特性（Uc）的噪音部分来确定表示阀针（20）到达关闭位置的时间的关闭时间（t_close）。

Description

用于操作喷射阀的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于操作喷射阀的方法和设备。

背景技术

涉及来自于设置在车辆中的内燃发动机的有害排放物的容许性的日益严格规定使之需要采取减少排放物的各种措施。减少这些排放物的一种方法是改进内燃发动机中的燃烧过程。喷射阀广泛地使用，尤其是用于内燃发动机，它们可以设置在内燃发动机中以便将流体配量到内燃发动机的进气歧管中或者直接配量到内燃发动机的气缸的燃烧室中。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作喷射阀的方法和设备，从而利于喷射阀的可靠和精确功能。

该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中给出。

本发明特点在于一种操作喷射阀的方法和对应设备。所述喷射阀包括阀针，所述阀针在关闭位置防止流体流出喷射喷嘴且在关闭位置之外允许流体流出喷射喷嘴。此外，所述喷射阀包括设计成致动阀针的电磁致动器单元。所述致动器单元根据具有给定激励周期的预定激励信号激励，用于实现流体流出喷射喷嘴。至少在阀针可到达关闭位置的时间周期内获取致动器单元电压特性。确定致动器单元电压特性的噪音部分且根据致动器单元电压特性的噪音部分来确定表示阀针到达关闭位置的时间的关闭时间。

由此，可以非常精确地确定阀针有效地到达关闭位置的时间。为了控制喷射阀的喷射持续时间和数量，致动器单元可以在给定激励周期期间由预定激励信号激励。因而，致动器单元可以由驱动单元控制。喷射流体的量取决于激励信号的脉冲或信号形状和激励周期。激励周期是用于控制喷射流体的量和/或流率的优选参数。激励周期表征可以根据给定要求分成不同阶段的整个控制时间。但是为了流体的精确计量，知道阀针有效地到达关闭位置的时间是有利的。例如，喷射阀实际上在新的时被标定，以将激励信号与喷射流体的量相关联。但是这种标定是近似的，因为喷射流体的量随着发动机操作条件和/或喷射阀的老化和/或磨损而变化。从而，具体喷射器阀的表示激励周期结束和喷射阀到达关闭位置的时间之间的时间周期的关闭周期可能变化，这可能影响喷射流体的流率和/或量的估计。如果关闭周期变成具有与激励周期相同的量级，具体喷射器阀的关闭周期的变化变得尤其有关。在短激励周期的情况下，这可引起喷射线性丧失。

电磁致动器单元包括线圈和芯。例如，芯可以主要通过极靴形成，极靴例如是入口管的至少一部分。但是存在引导和/或放大由线圈感应的磁场的附加或其它元件，因而可以分配给芯，如壳体和/或阀主体。致动器单元的电枢、线圈和芯以及例如引导和/或放大由线圈感应的磁场的其它元件形成电磁电路。该电磁电路的电气性能可以由致动器单元电压表征。例如，致动器单元电压特性可以通过电压传感器测量。

在激励期间，由线圈感应的磁场由激励信号控制。由此，在激励周期期间，电枢由激励信号直接控制。在激励周期之后，当激励信号返回零或其它关闭状态时，该力耦合中断且存在瞬变阶段。在瞬变阶段期间，取决于其惯性和/或关闭喷射器的机械条件和/或液力条件，电枢与其它电枢机械联接部件一起自我移动。电枢的动态性能可取决于喷射阀的架构。例如，由于阀针到达座，电枢的动态性能的变化引起包括高频信号部分的致动器单元电压。致动器单元电压的噪音部分至少包括该高频信号部分。噪音部分还可以包括其它系统相关噪音和/或来自于外部源的噪音。

根据优选实施例，平滑致动器单元电压特性通过用平滑滤波器至少滤波致动器单元电压特性一次来确定。噪音部分根据获取的致动器单元电压特性和平滑致动器单元电压特性之间的差来确定。由此，致动器单元电压的噪音部分可以简单地确定。可以通过在给定取样时刻（sampling instance）取样致动器单元电压来测量致动器单元电压。

根据其它优选实施例，关闭时间根据噪音部分的最大值确定。例如，在阀针到达关闭位置时噪音部分的时间特性显示最大值。

根据其它优选实施例，所述平滑滤波器设计成针对所获取的致动器单元电压特性或预先处理的致动器单元电压特性的相应值确定根据值本身和给定第二数量的相应先前值和随后值的平均值或加权平均值。通过该求平均可以压低（sub-press）高频信号分量，其可能主要与电枢动态性能变化引起的致动器单元电压的高频信号部分有关。

根据其它优选实施例，根据致动器单元电压特性和/或如何获取致动器单元电压特性，限定第一数量的滤波器循环。取决于具体应用，这具有优势，例如滤波过程可以重复多次，直到高频信号分量几乎消失。例如，可以再一次滤波致动器单元电压和滤波得到的预先处理致动器单元电压。

根据其它优选实施例，根据所获取的致动器单元电压特性和/或如何获取致动器单元电压特性，限定第二数量的相应先前和随后值。由此，可获得用于根据预定要求优化滤波过程的附加参数。

附图说明

本发明的示例性实施例借助于示意性附图在下文示出。附图如下：

图1示出了喷射阀的实施例，

图2示出了致动器单元电压特性的简图，和

图3a至3c示出了评估关闭时间的简图。

在不同视图中出现的具有相同设计和功能的元件由相同附图标记表示。

具体实施方式

特别适合于将燃料配量到内燃发动机的喷射阀100（图1）包括例如阀组件11和入口管12。

阀组件11包括具有中心纵轴线L的阀主体14和壳体16。壳体16围绕阀主体14部分地设置。此外，空腔18设置在阀主体14中。

空腔18容纳阀针20、电枢22以及在该具体情况下阻尼器元件（例如，阻尼器弹簧46）。阻尼器弹簧46形成电枢22的软止挡元件。在所示实施例中，电枢22具有形成为围绕阀针20的圆形管部段的上部引导件24。上部引导件24与阀针20机械地联接。

标定弹簧28设置在入口管12中配置的凹部26中。

阀针20包括例如阀针主体和密封元件。密封元件与阀针主体机械地联接。阀针主体优选具有圆柱形形状。密封元件具有例如球形形状。可选地，密封元件可以具有锥形形状。在阀针20的关闭位置，密封元件安置在座上，籍此防止通过喷射阀100的至少一个喷射喷嘴的流体流。喷射喷嘴可以是例如喷射孔。然而，其还可以是适合于配量流体的一些其它类型。在其它位置，即在其不安置在座上时，密封元件允许流体喷射到燃烧室中。其它位置表示非关闭位置。

阀组件11设置有致动器单元36，致动器单元36优选为电磁致动器。电磁致动器单元36包括例如电枢22、芯和线圈38，线圈38优选设置在壳体16内且被包覆模制。线圈38和芯形成电磁体。在该实施例中，芯主要通过极靴形成，极靴例如是入口管12的一部分。但是壳体16和阀主体14也受到由激励线圈38感应的磁场影响，因而可以分配给芯。可以存在引导和/或放大由线圈38感应的磁场的其它和/或附加元件。

致动器单元36以及引导和/或放大由线圈38感应的磁场的其它元件形成电磁电路。该电磁电路的电气性能可以由致动器单元电压表征。例如，致动器单元电压可以通过电压传感器测量。可以存在由磁通量影响的附加和/或其它部件，因而可认为处于电磁电路中。

在给定激励周期Ti期间带有线圈38的电磁致动器单元36通过预定激励信号激励时的情况下，电磁体可以根据激励信号影响电枢22上的电磁力。电枢22可以通过电磁体吸引且在纵轴线L的方向远离流体出口移动。电枢22在与阀针20机械联接的上部引导件24上推动，因而阀针20以轴向方向移动离开关闭位置。

在激励周期Ti之后，当激励信号返回零或其它关闭状态时，该力耦合中断，且由于一些能量仍存储在电磁电路中因而存在瞬变阶段T_phase。取决于由电磁体引起的电枢22上的力和由标定弹簧28引起的电枢22上的力之间的力平衡，阀针20移动到其关闭位置。在瞬变阶段T_phase期间，电枢22的运动对电磁电路的电气性能具有影响，因而对致动器单元电压具有影响。取决于喷射阀100的架构，电枢22具有不同动态性能，从而对致动器单元电压的不同影响。

例如，由于阀针到达座，电枢22的动态性能的变化引起包括高频信号部分的致动器单元电压。致动器单元电压的噪音部分至少包括该高频信号部分。噪音部分还可以包括其它系统相关噪音和/或来自于外部源的噪音。

图2示出了在激励周期Ti和瞬变阶段T_phase期间致动器单元电压特性Uc的简图。在该情况下，不包括可能的预充电阶段。所述致动器单元36根据具有给定激励周期Ti的预定激励信号激励，用于实现流体流出喷射喷嘴。例如，致动器单元36包括致动器单元控制引脚。激励信号可以施加到这些控制引脚。致动器单元电压可以例如在这些控制引脚上通过在给定取样时刻取样致动器单元电压来测量。

在阀针20到达关闭位置时发生的电枢动态性能变化可以根据致动器单元电压特性Uc检测。至少在阀针20可到达关闭位置的时间周期内获取致动器单元电压特性Uc。例如，在激励周期Ti和瞬变阶段T_phase期间可以获取致动器单元电压。可选地，还可以仅仅在瞬变阶段T_phase期间获取致动器单元电压。

例如，平滑致动器单元电压特性Us通过用平滑滤波器至少滤波致动器单元电压特性UC一次来确定，噪音部分根据获取的致动器单元电压特性Uc和平滑致动器单元电压特性Us之间的差来确定。

所述平滑滤波器可以是线性平滑滤波器，其中，平滑滤波器设计成针对所获取的致动器单元电压特性或预先处理的致动器单元电压特性的相应值确定根据值本身和给定第二数量的相应先前值和随后值的平均值，根据关系式1：

关系式1

i：取样时间指标

j：当前滤波器循环的数量（j=1…M）

N：先前样本的数量和随后样本的数量，即，平均半径

例如根据关系式1的滤波过程可以重复多次，直到高频信号分量几乎消失。

可选地，所述平滑滤波器可以是线性平滑滤波器，设计成针对所获取的致动器单元电压特性或预先处理的致动器单元电压特性的相应值确定根据值本身和给定第二数量的相应先前值和随后值的加权平均值。同样，还可以应用非线性平滑滤波器。在该情况下，滤波器过程执行多次，还可以使用不同平滑滤波器类型。

关于时间线，图3b和3c的简图显示了瞬变阶段T_phase的一部分。阀针20通过与座接触而到达关闭位置引起电枢22的动态性能的变化。

例如，在阀针到达关闭位置时噪音部分的时间特性显示最大值。从而，关闭时间t_close根据噪音部分的最大值确定。

Claims (7)

1.一种操作喷射阀（100）的方法，所述喷射阀（100）包括：

阀针（20），所述阀针在关闭位置防止流体流出喷射喷嘴且在关闭位置之外允许流体流出喷射喷嘴；和

设计成致动阀针（20）的电磁致动器单元（36），

其中，所述方法包括如下步骤：

根据具有给定激励周期（Ti）的预定激励信号激励所述致动器单元（36），用于实现流体流出喷射喷嘴；

至少在所述激励周期之后的时间周期（T_phase）内获取致动器单元电压特性（Uc），在所述时间周期期间阀针（20）可到达关闭位置；

确定致动器单元电压特性（Uc）的噪音部分；以及

根据致动器单元电压特性（Uc）的噪音部分来确定表示阀针（20）到达关闭位置的时间的关闭时间（t_close）；

其中，致动器单元电压特性（Uc）的所述噪音部分借助于确定平滑致动器单元电压特性（Us）且从致动器单元电压特性（Uc）减去平滑致动器单元电压特性（Us）来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

平滑致动器单元电压特性（Us）通过用平滑滤波器至少滤波致动器单元电压特性（Uc）一次来确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，

关闭时间（t_close）根据噪音部分的最大值确定。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述平滑滤波器设计成针对所获取的致动器单元电压特性（Uc）或预先处理的致动器单元电压特性的相应值确定根据相应值本身和给定第二数量（N）的先前值和随后值的平均值或加权平均值。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，

根据致动器单元电压特性（Uc）和/或如何获取致动器单元电压特性（Uc），限定第一数量（M）的滤波器循环。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，

根据所获取的致动器单元电压特性（Uc）和/或如何获取致动器单元电压特性（Uc），限定第二数量（N）的相应先前和随后值。

7.一种操作喷射阀（100）的设备，其中，所述喷射阀（100）包括：

阀针（20），所述阀针在关闭位置防止流体流出喷射喷嘴且在关闭位置之外允许流体流出喷射喷嘴；和

设计成致动阀针（20）的电磁致动器单元（36），

其中，所述设备设计成：

根据具有给定激励周期（Ti）的预定激励信号激励所述致动器单元（36），用于实现流体流出喷射喷嘴；

至少在阀针（20）可到达关闭位置的时间周期（T_phase）内获取致动器单元电压特性（Uc）；

确定致动器单元电压特性（Uc）的噪音部分；以及

根据致动器单元电压特性（Uc）的噪音部分来确定表示阀针（20）到达关闭位置的时间的关闭时间（t_close）；

其中，致动器单元电压特性（Uc）的所述噪音部分借助于确定平滑致动器单元电压特性（Us）且从致动器单元电压特性（Uc）减去平滑致动器单元电压特性（Us）来确定。