CN103375296B - 用于运行至少一个喷油嘴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机的至少一个喷油嘴的方法，所述方法具有以下步骤：确定至少一个禁止的喷射需求区域；规定额定喷射需求；当所述额定喷射需求落入到所述至少一个禁止的喷射需求区域中时，通过减小或者提高所述额定喷射需求确定未落入到至少一个喷射量禁止区域中的运行喷射需求；并且根据所述运行喷射需求触发所述至少一个喷油嘴。

Description

用于运行至少一个喷油嘴的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行至少一个喷油嘴的方法以及一种用于执行该方法的计算单元。

背景技术

汽油内燃机或者柴油内燃机在效率、排放特性和功率输出方面是有利的，在这些内燃机中燃料借助喷油嘴直接喷射到燃烧室中。为了能够充分利用这种所谓的直接喷射的优点必须满足对喷射的精度的高要求。这尤其适用于所谓的喷射控制的燃烧方法和/或较小的燃料量。

首先在内燃机的多点喷射时，在内燃机的起动和预热运行（Warmlauf）时以及在对催化剂进行加热时需要对较小的燃料量进行计量。通过现代喷射系统的升高的喷射压力进一步提高对计量精度的要求。

下面借助高压喷射系统中的喷油嘴的实施例对本发明进行描述。然而本发明原则上能够使用在所有的喷油嘴中，其中在喷油嘴的触发持续时间（也称为触发时间）与通过喷油嘴所喷射的燃料量之间存在相互关系。本发明既适合并且考虑在柴油喷射系统中使用，也适合并且考虑在汽油喷射系统中使用。

喷油嘴能够利用触发信号、例如触发电流或者触发电压进行触发。为此通过上一级的装置（例如发动机控制器），例如以喷射量、喷油嘴触发持续时间或者从中推导出来的参数或者以此为基础的参量的形式预先设定喷射需求。能够通过喷射特性曲线表示触发持续时间与喷入的燃料量之间的关系。虽然喷入的燃料量随着触发持续时间的增加而增加，然而特性曲线并非在所有区域都是线性地延伸的，部分地也并非是单调上升地延伸的。

通常的喷油嘴具有喷射元件（例如所谓的针阀）。当触发持续时间很短时，所述喷射元件不能完全打开（所谓的部分行程）。在部分行程区域中虽然特性曲线并非线性地延伸，然而却单调上升地延伸。当喷射元件达到最大打开位置（所谓的全行程）时，在一定时间（该时间是由于不同的影响产生的）之后，触发持续时间的进一步的增加会导致喷射量的或多或者或少的线性增加。

在部分行程区域和全行程区域之间的过渡区域中特性曲线大多数情况下既非线性地延伸也非单调上升地延伸。此外在此例如由于制造公差显示出明显的样本偏差（Exemplarstreuung）。

为了对相应的喷油嘴进行触发，通常在预控制中以应用参数的形式使用喷油嘴的特有的特征。在此例如也使用所谓的喷射特性曲线。这对于在全行程区域并且部分地也在部分行程区域中的触发来说不会有更大的困难。然而在过渡区域估计在计量精度方面会有损失。

文献DE 10 2009 003 214 A1提到这个问题，并且提供了一种方法，在所述方法中对于每个喷油嘴来说单个地求得过渡区域，并且在内燃机运行期间修整过渡区域，或者说越过这个过渡区域。为此所需地确定过渡区域的极限值，这例如能够基于由文献DE 102004 015 745已知的方法借助传感器进行。但是这在实践中是成本高昂的。

因此，存在对简单而可靠地运行喷油嘴的技术方案的需求。

发明内容

根据本发明提供了一种具有独立权利要求所述特征的、用于运行喷油嘴的方法以及一种具有独立权利要求所述特征的、用于执行所述方法的计算单元。有利的设计方案是从属权利要求和接下来的说明的主题。

通常是通过输出喷射需求来进行喷射的。在一次喷射中，也就是说对于同一个工作循环（Arbeitsspiel）来说，可以需求相同的或者不同的喷射量的多次部分喷射，例如在柴油喷射方法中的所谓的预先喷射和主喷射，或者在汽油喷射方法中的多次部分喷射。所谓的“需求”如已经提到的那样例如可以是喷射量、喷油嘴的触发持续时间或者从中推导出来的或者以此为基础的参量（例如利用附加的数值计算出来的喷射量或者燃料量）。本发明规定，确定至少一个禁止的喷射需求区域。该区域尤其相当于这样一个区域，即在这个区域中相应的喷射特性曲线并非线性地延伸和/或并非单调地上升。当然，也可以确定其它的禁止的喷射需求区域。在此尤其是涉及这样的区域，即在这样的区域中喷射不能安全地、可重复地和/或可靠地进行。

在本发明的框架中，当额定喷射需求落入到这种禁止的喷射需求区域中时，通过提高或者减小相应的额定喷射需求可避免这种禁止的喷射需求区域。由此根据额定喷射需求定义一种有待用于喷射的（匹配的）运行喷射需求。然后根据所述运行喷射需求对喷油嘴进行触发，也就是说例如在使用触发持续时间的情况下对喷油嘴进行触发，所持触发持续时间是从相应的运行喷射量中推导出来的。这例如借助具有相应的触发持续时间的喷射特性曲线进行。

通过以下方式能够有利地补偿所述额定喷射需求的减小或者提高，即所述额定喷射需求或者运行喷射需求与至少另一次喷射相匹配。在这种情况下，如果例如在相应的喷射周期或者说喷射进程（Einspritzzug）中使用多次部分喷射，那么能够通过提高另一次、第二部分喷射的喷射需求对第一部分喷射的额定喷射需求的减小进行补偿，或者反之亦成立。

在此，优选对此需要注意的是，相应地匹配于补偿的第二部分喷射在其这一方面在匹配之后未落入到禁止的喷射需求区域中。然而在确定情况下也能够允许或者规定，所述第二部分喷射落入到禁止区域中。例如能够根据排放的重要意义允许在禁止区域中的运行喷射需求。为了进行补偿，尤其提供具有喷射进程的最大喷射容积的部分喷射，因为在此通常在更长的时间间隔上存在全行程。由此大多数情况下能够可靠地补偿更小的部分喷射。

除了在相同的汽缸和周期中的部分喷射之间的补偿之外，也能够进行汽缸交叉和/或周期交叉的补偿，从而虽然在必要时对额定喷射需求进行了匹配，但是喷射量总的来说仍然保持恒定。

例如通过单个地测量相应使用的喷油嘴和/或一系列相同类型的喷油嘴能够求得至少一个禁止的喷射需求区域。例如能够对于一定的结构系列来说确定至少一个禁止的喷射需求区域。在这种情况下也可以使用安全缓冲器，从而能够可靠地避免在相应的特性曲线区域中触发喷油嘴。这样就能够取消单个喷油嘴地测量，正如其例如对于之前所描述的、文献DE 10 2009 003 214 A1所述的方法所需要的那样。本发明避免在确定飞行时间时“绕路（Umweg）”，由所述飞行时间确定触发功能，在其这一方面所述触发功能用于求得额定喷射需求的触发持续时间。反之，根据本发明“禁止”成本低得多地确定的喷射需求，并且对额定喷射需求进行匹配。如所阐述的那样进行补偿。

有利地根据喷射压力和/或燃料温度确定相应的禁止的喷射需求区域，并且因此能够与相应的运行条件相匹配。

一种计算单元、例如控制器，尤其是在编程技术上设置所述计算单元以执行根据本发明的方法。以软件的形式实施本方法也是有利的，因为尤其当正在执行的控制器还要用于其它任务时以及因此其本来就有其它任务时，这种做法会造成较低的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是硬盘、闪存、EEPROMs、CD-ROMs和DVDs。也可通过计算机网络（Internte、Intranet等）下载程序。

本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。

当然，前面所提到的并且下面还有待阐述的特征不仅可在相应地说明的组合中应用，而且在不脱离本发明的框架的情况下，也可在其它组合中使用，或者单独使用。

附图说明

借助附图中的实施例示意性地示出本发明，并且接下来参考附图对本发明进行详细说明，

图1极为示意性地示出了具有燃料喷射装置和多个喷油嘴的内燃机；

图2借助特性曲线图示出根据本发明的一种实施方式的方法；

图3以流程图的形式示出了根据本发明的一种实施方式的方法。

具体实施方式

在图1中示出了内燃机10，所述内燃机包括燃料储箱12、借助输送系统14将燃料从所述燃料储箱输送到燃料高压管路16中。所述高压管路16例如设计为共轨。所述高压管路16与喷油嘴18连接，所述喷油嘴能够将燃料直接喷射到分别配属于喷油嘴18的燃烧室20中。内燃机10的运行，尤其是例如由输送系统14、高压管路16和喷油嘴构成的燃料喷射装置的运行由计算单元、在此由控制器19控制或者说调节。所述控制器19能够检测输入数值并且提供输出数值或者说触发执行器、尤其是触发喷油嘴18。

在编程技术上设置控制器19以执行根据本发明的方法。为此目的例如在控制器中使用存储装置，在所述存储装置中存储一个或者多个禁止的喷射需求区域（Einspritzanforderungsbereich）。这些喷射需求区域例如可在内燃机出厂（Auslieferung）之前存入。替代地或者附加地在规定的维护工作时，例如像在进入维修车间（Werkstattbesuchen）、售后服务（Kundendienst）等等时对数据进行更新。

可按照喷射需求进行喷油，其方法是控制器19给喷油嘴通以一定触发持续时间的电流，从而能够打开喷油嘴并且喷出燃料。

虽然在图1中描述的是柴油机，但是应该强调的是，前面所述的和后面还将说明的触发方法与发动机的类型没有关系，例如也可以使用在汽油发动机中。

现在参考图2和图3对根据本发明的方法的一种优选的实施方式进行阐述。

在喷油嘴打开时，燃料以一定的压力喷射到燃烧室中，所述压力近似相当于高压管路16中的压力。对于给定压力和较长的触发持续时间来说，所喷入的燃料量与喷油嘴18的接通持续时间或者说触发持续时间成比例。

当所述触发持续时间较短时、也就是说仅仅当喷油嘴针阀完成部分行程（Teilhub）时，触发持续时间和喷入的燃料量之间的关系是非线性的，然而相应的特性曲线通常是单调上升的。在达到全行程（Vollhub）之后附加地喷入的燃料量与触发持续时间之间的关系是线性的。在部分行程和全行程之间的过渡区域中，大多数情况下特性曲线既非线性地延伸也非单调上升地延伸，在所述过渡区域中喷油嘴针阀正好达到其机械的或者液压的挡块，并且相应地被制动。

图2示出了特性曲线2，所述特性曲线在纵坐标上表示通过喷油嘴18喷入的燃料量rk，在横坐标上表示触发持续时间ti。特性曲线具有三个区段21、22和23。所述特性曲线2的第一区段21相当于喷油嘴18的已阐释的部分行程。第二区段22相当于部分行程与全行程之间的过渡区域，并且第三区段23相当于全行程。在第一区段21中特性曲线2虽然没有线性地延伸，但是却单调上升地延伸。在第二区段22中特性曲线既不非线性地延伸，也非单调上升地延伸。在第三区段23中所述特性曲线再次线性地并且上升地延伸。

区段21与区段22之间的以及区段22与区段23之间的极限值在使用如文献DE 102004 015 745 A1所公开的方法的情况下，借助对喷油嘴针阀的针阀行程的检测单个喷油嘴地求得。正如所阐述的那样，文献DE 10 2009 003 214 A1规定对针阀行程单个喷油嘴地进行检测，并且“修整（ausblenden）”区段22。

为此，喷射元件、例如喷油嘴针阀的所谓的飞行时间（Flugzeit）与触发持续时间有关。所谓的飞行时间是指在这段时间中喷油嘴针阀不位于关闭位置之中，也就是说从其支座上提升起来。飞行时间的特性曲线根据触发持续时间也具有所提到的区段。在此，在区段21与区段22之间的极限值形成局部的最大值，在区段22和区段23之间的极限值形成局部的最小值。当局部最大值具有与局部最小值至少相同大小的数值时，所述第二区段22、也就是过渡区域的每个任意的飞行时间也用于实现位于区段22之外的触发持续时间。

因此，如文献DE 10 2004 015 745 A1所提供的方法强制性地包括这样一种方法，即借助这种方法基于对飞行时间的测量能够识别过渡区域的极限值。这在实践中是成本高昂的。附加地必须在这种类型的方法中建立修正过的特性曲线，所述修正过的特性曲线表示喷油嘴1的相应修正的触发持续时间和由此产生的喷入的燃料量之间的关系，然后替代原始的、如图2所示的特性曲线，能够使用所述修正过的特性曲线。

相反地，在本发明的框架中提供的方法直接以通常预先设定的额定喷射需求（例如额定喷射量）rk为依据。该额定喷射需求基于在触发持续时间ti与已喷射的燃料量rk之间的、对于相应的喷油嘴来说已知的关系，例如借特性曲线2转换为触发持续时间ti。然而，在此确定的喷射需求在一开始就被“禁止”。

在此，相应禁止的喷射需求区域（Einspritzanforderungsbereich）例如能够包括点rkmin和rkmax之间的区域。其中，rkmax表示可在部分行程中喷射的燃料的最大量，rkmin是表示可在全行程中喷射的燃料的最小量。关于燃料量rkmax和rkmin，例如可从喷油嘴测量中已知，所述燃料量还要在部分行程中或者已在全行程中喷射。在这种情况下可确定相应的安全缓冲器（Sicherheitspuffer）。有利地根据喷射压力和/或燃料温度确定禁止的喷射需求区域，即例如极限值rkmax和rkmin。

因此，确定禁止的喷射需求区域就避免了利用落在特性曲线2的区域22中的触发持续时间对喷油嘴进行触发。由此使喷射变得更加精确。

然而在考虑特性曲线2时发现，只有当使用落在区段22中的触发持续时间ti2或者说ti3时才能求得确定的喷射量、在此即为额定喷射量rk2和rk3。然而由于前述的原因这会导致令人不满意的结果。如果需求这种额定喷射量rk2或rk3，那么该额定喷射量会如箭头24和25所示地那样减小到运行喷射量rk2’或者说rk3’。所述运行喷射量rk2’或者rk3’可以是相同的，或者是不相同的。例如能够始终使用相当于所说明的数值rkmax的运行喷射量rk2’或者说rk3’。然而也可以为额定喷射量rk2或者说rk3施加固定的或者可变的偏置（Offset）或者函数，所述偏置将这种额定喷射量从禁止的区域中移动出来。

因为在本实例中额定喷射量rk2或者说rk3被减小（例如提高到数值rkmin也是可能的），所以在没有其它补偿的情况下总的喷射的燃料量会发生变化。现在根据本发明的一种优选的改进方案规定，保留总的喷射量。这能够通过下述措施实现，即提高另一部分喷射（在此是rk1）的喷射量。

额定喷射量rk2和rk3例如是用于预喷射（或者通常较小体积的喷射）的额定喷射量。在这种情况下可通过以下措施进行补偿，即沿着数值rk1’的方向匹配用于另一次喷射、例如主喷射（或者通常的具有更大容积的喷射）的额定喷射量rk1。这通过箭头26表示。所匹配的数值为额定喷射量rk2和rk3的总的被减小的数值。

因此，对于相应的需求（在此是燃料量或者说燃料质量）来说得出：

rk2：降低到rk2’；

rk3：降低到rk3’；

rk1：提高到rk1’；

其中，rk1’=rk1+rk2-rk2’+rk3-rk3’。

在这种情况下，对相应的补偿的范围和目标数值没有限制。例如这也可以包括以下未示出的匹配：

rk1：降低到rk1’；

rk3：降低到rk3’；

rk2：提高到rk2’；

其中，rk2’=rk2+rk1-rk1’+rk3-rk3’。

当然，在此只是示例性地对这一方法进行说明，并且本方法也利用其它数量的喷射和/或在多个禁止区域中起作用。

通常也可根据下述情况决定沿哪个方向移动额定喷射量或者说额定喷射需求、例如rk2或者说rk3，即是否进行减小或者是提高、哪种补偿可在另一次喷射中完成。例如当rk1接近rkmin时对于补偿来说需要的减小会将数值rk1’移动到特性曲线2的区域22中。在本发明的框架中也是这种情况，但这可能不是人们所期望的，从而在此应当通过提高rk1的量来进行补偿。通过减小rk3来补偿rk2的提高，并且相反的做法也能够是有利的，而不会改变rk1。

在上下文中，不言而喻地也能够考虑燃烧方法的要求和环境条件。

在图3中以示意性的流程图的形式示出了根据本发明的一种特别优选的实施方式的方法，并且总体上利用附图标记3表示。如通过箭头310所示，本方法3例如循环地按照相应预先设定的喷射循环或者依次运行喷射。本方法在此仅仅示出用于一个喷油嘴18，然而原则上本方法可用于任意数量的喷油嘴18，其中既能够进行总体触发（也就是逐组地），也能够进行单个的触发。方法3例如能够在控制器19或者相应的计算单元中实施，也可以按照编程技术实施。

如利用作用箭头311所示，在方法步骤31中预先设定额定喷射需求。同样也能够预先设定至少一个禁止的喷射需求区域，或者固定地存储在相应的装置中。也可输入相应的喷射条件、环境条件或者运行条件。

在下一个方法步骤32中，根据至少一个禁止的喷射需求区域分析在步骤31中预先设定的额定喷射需求。在这种情况下，必要时如利用作用箭头321所示包括补偿数值，所述补偿数值来自另一次喷射，并且在必要时进行中间存储，这一点接下来详细阐述。步骤32也可以考虑其它条件。

在另一个方法步骤33中决定，如何基于在方法步骤32中的分析进行进一步处理。正如通过N所示出的那样，如果例如确定了，额定喷射需求未落入到禁止的喷射需求区域中，那么将该额定喷射需求确定为运行喷射需求，并且可在下一步骤34中直接利用所述额定喷射需求触发喷射装置1。

如果不是这种情况，也就是确定，所述额定喷射需求落入到禁止的喷射需求区域中，则在步骤35中提高或者减小用于求得运行喷射需求（Betriebseinspritzanforderung）的额定喷射需求，直到该运行喷射需求不再落入到禁止的喷射需求区域（Einspritzanforderungsbereich）中。于是在步骤34中，所述运行喷射需求代替喷射装置1的触发的额定喷射需求。根据在此示出的、优选的实施方式也存在以下这种情况：正如通过作用箭头321所示，对另一次喷射、例如下一次喷射进行补偿。也可对多次喷射的相应数值进行中间存储，并且在步骤32中进行计算。

该方法在喷射过程34之后沿着310返回到开始处。

Claims (10)

1.一种用于运行内燃机的至少一个喷油嘴（18）的方法（3），所述方法具有以下步骤：

a）确定至少一个禁止的喷射需求区域（32）；

b）预先设定额定喷射需求（rk1、rk2、rk3）；

c）当所述额定喷射需求（rk1、rk2、rk3）落入到所述至少一个禁止的喷射需求区域（32）中时，通过减小或者提高所述额定喷射需求（rk1、rk2、rk3）确定未落入到所述至少一个禁止的喷射需求区域（32）中的运行喷射需求（rk2’、rk3’）；

d）根据所述运行喷射需求（rk2’、rk3’）触发所述至少一个喷油嘴（18）；

其中，进行多次喷射，并且为所述多次喷射中的每次喷射预先设定额定喷射需求（rk1、rk2、rk3），其中，当对于所述多次喷射中的至少一次喷射来说，通过减少或者提高所述额定喷射需求（rk1、rk2、rk3）来确定运行喷射需求（rk2’、rk3’）时，对于所述多次喷射中的至少另一次喷射来说，所述额定喷射需求（rk1、rk2、rk3）匹配于减少或者提高的补偿。

2.按照权利要求1所述的方法（3），在所述方法中，所述多次喷射包括一次喷射的多次部分喷射。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，如此确定用于所述多次喷射中的至少一次喷射的运行喷射需求（rk2’、rk3’），从而所述多次喷射中的至少另一次喷射的匹配于减小或者提高的补偿的额定喷射需求（rk1、rk2、rk3）在匹配之后未落入到至少一个禁止的喷射需求区域（32）中。

4.按照权利要求1所述的方法，其中，所述喷射需求是喷射量、喷油嘴触发持续时间和/或从中推导出来的数值。

5.按照权利要求1所述的方法（3），在所述方法中，基于表示所述至少一个喷油嘴（18）的触发持续时间（ti）与喷射量（rk）之间的关系的喷射特性曲线触发所述至少一个喷油嘴（18），其中，所述至少一个禁止的喷射需求区域（32）相当于所述喷射特性曲线在其中非线性地延伸和/或非单调地延伸的区域。

6.按照权利要求1所述的方法（3），在所述方法中，所述至少一个禁止的喷射需求区域（32）相当于所述至少一个喷油嘴（18）的喷射元件（111）的部分行程与全行程之间的过渡。

7.按照权利要求1所述的方法（3），在所述方法中，根据喷射压力和/或燃料温度确定所述至少一个禁止的喷射需求区域。

8.按照权利要求1所述的方法，在所述方法中，通过对所述至少一个喷油嘴（18）和/或一系列相同类型的喷油嘴（18）的单个的测量求得所述至少一个禁止的喷射需求区域（32）。

9.一种控制器（19），设置所述控制器以便实施按照前述权利要求中任一项所述的方法。

10.按照权利要求9所述的控制器（19），其中，所述控制器（19）是机动车控制器。