CN104047749A - 控制喷射阀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了一个用于控制将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室中的阀的方法，该阀具有一个关闭阀孔的阀件及一个为了释放阀孔驱动阀件行程的电致动器，其中为了触发确定行程量的阀件行程将电控制信号施加到致动器上。为了补偿由老化引起的阀件行程的减小及与此相关联的喷射燃料计量的变差设有一个行程损失模型，在其中持续地收集阀上的温度及温度的变化以及由阀件所执行的行程的次数，预测行程量的减小以作为行程损失及借助该预测的行程损失来校正控制信号。

Description

控制喷射阀的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于控制将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室中的阀的方法。
背景技术
公知的用于将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室中的阀（DE202011006202A1）具有一个阀壳体，该阀壳体设有一个燃料入口及一个与该燃料入口形成连接的阀孔。阀孔被构成在一个于燃烧室侧端接阀壳体的空心阀架中及由一个阀座包围。一个在阀架中可轴向移动的阀件在一个作用于其上的阀关闭弹簧的作用下关闭阀孔。为了准确地释放阀孔一个压电式致动器抵抗阀关闭弹簧的复位力将阀件驱动至行程。为了对随着每个行程通过阀孔喷射到燃烧室中的燃料进行计量将以这样的方式控制阀，即在致动器上施加一个电控制信号，该电控制信号确定了阀件行程的行程量。该控制信号可为一个限定时间的电压或电荷。通常根据内燃机的当前工作数据在一个发电机控制装置中产生该控制信号。
由于阀座及阀关闭件上的磨损及阀工作寿命期间致动器行程的改变在控制信号未改变的情况下阀件的行程减小并由此使喷射到燃烧室中的燃料的配量减小。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1的特征的用于控制燃料喷射阀的方法具有其优点，即借助行程损失模型来估计由于老化及磨损效应所出现的阀件行程的改变及通过控制信号的校正来补偿此改变。该被校正的信号则引起一个与全新的阀相同的及与基于内燃机当前工作数据用于燃烧室中燃料最佳燃烧所需的行程相同的行程。因此阀的老化及磨损不会影响到阀计量的精确度及燃料燃烧的质量。
通过在其它权利要求2至13中所述的措施可得到在权利要求1中给出的方法的有利的进一步构型及改进。权利要求14公开了一个有利的用于控制燃料喷射阀的装置，在该装置中将实施根据本发明的方法。
附图说明
在以下的说明中将借助附图中所示的实施例来详细地描述本发明。附图表示：
图1：区段地表示一个用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的纵截面与一个用于控制该阀的发动机控制装置的组合，
图2：具有组合的行程损失模型的发动机控制装置的电路框图，
图3：用于获得再生系数的存储在行程损失模型中的分级表的一个例子，
图4：用于获得老化系数的存储在行程损失模型中的分级表的一个例子。
具体实施方式
在图1中区段地以纵截面表示的用于将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室11中的阀10具有一个与燃料入口12形成连接的阀孔13，一个封闭阀孔13的阀件14及一个为了释放阀孔13将阀件14驱动至行程的致动器15（20），该致动器在所示的实施例中被构成压电式致动器。在图1中燃料入口12通过一个箭头象征地表示。阀孔13被开在一个空心的阀架15中及被一个成型在阀架15上的阀座16包围。阀架15与一个阀体17固定地连接，该阀体被插入到一个管形的阀壳体18的前端。包括一个杆141及一个关闭头142的阀件14用其杆141在阀架15中可轴向移动地被引导。在杆141的背离关闭头142的端部上既作用着致动器20也作用着一个阀关闭弹簧19。阀关闭弹簧19的张力将关闭头142压在阀座16上，及通过由致动器20施加在杆141上的压力使关闭头142或多或少地离开阀座16向外，以致一个被计量的燃料量通过释放开的阀孔13喷射出来。阀10通常这样地被插入在一个覆盖燃烧室11的汽缸头22的汽缸头孔21中，以致阀架15的带有阀孔13及阀座16的端部伸入到燃烧室11中。
为了对抵抗阀关闭弹簧19的张力所实现的阀件14的各具有确定的行程量或行程幅值的行程–该行程量将引起所需的燃料量喷射到内燃机的燃烧室中–进行分辨，将对致动器20施加电控制信号，例如施加一个限定时间的电压或电荷。该控制信号将在发动机控制装置30中根据内燃机的当前工作数据来产生并输送给致动器20的控制输入端201。
应当指出，随着阀10增长的老化在阀件14的阀座15和/或关闭头上将出现磨损现象，这在控制信号不变的情况下将导致阀件14的行程的减小。但老化引起的致动器行程的改变也有助于这种行程减小。阀件14的行程减小将导致喷射出的燃料量的不精确计量及导致燃烧室11中燃料燃烧质量的下降。
为了对此作出应对，按照根据本发明的用于控制阀10的方法将借助一个编制在发动机控制装置30中的行程损失模型这样来校正输送给致动器20的控制输入端201的控制信号，以致对老化引起的阀件14的行程减小、即所谓的行程损失进行补偿，由此在阀件14行程时可确实地达到基于发动机控制装置30中的工作数据预给定的必要的行程量、即所谓的额定行程。为此将在行程损失模型中持续地收集阀10上的温度及温度的变化–也称为温度波动或温度–及由阀件14执行的行程的次数，该次数相应于燃料喷射到内燃机的燃烧室11中的次数，并借此预测出一个预计的行程损失HV。将该预测的行程损失HV加到借助内燃机的工作数据求得的额定行程Hnenn上及将由此估算的有效行程H*转换成一个电控制信号，该电控制信号将到达致动器20的控制输入端201上。
温度及温度的变化可在阀10中测量，例如在向阀10的燃料输入流中测量，但也开通过阀10的一个温度模型来预测。温度变化的检测最好对于内燃机的主动阶段及被动阶段分开地进行，其中主动阶段开始于发动机的起动而被动阶段开始于发动机的停机。行程损失模型的各个参数将在与内燃机分开的阀10上根据经验来求得。在行程损失模型中应用了一个受温度变化影响的由温度引起的行程损失HV（TW）及一个考虑到阀工作时间的由工作时间引起的行程损失HV（BZ）。由温度引起的行程损失HV（TW）将作为用于内燃机主动阶段（发动机运行）的主动温度变化aTW及用于内燃机被动阶段（发动机停机）的被动温度变化pTW分开地考虑。在此情况下主动温度变化aTW通过发动机停机时阀中的温度Ts来确定及被动温度变化pTW则通过发动机停机后一个预定时间间隔、即所谓的余热加热时间τ内的阀中的最大温度Tmax来确定。
在数学上内燃机主动阶段中的行程损失可被描述为：
HV（aTW）=n·atw·HW/aTW   （1）
及内燃机被动阶段中的行程损失可被描述为：
HV（pTW）=n·ptw·HV/pT   W（2）
其中n为主动或被动的温度变化的次数。单位主动温度变化aTW的行程损失HV及单位被动温度变化pTW的行程损失HV根据经验来求得。
对由温度引起的行程损失HV（TW）附加地还将检测一个由工作引起的行程损失HV（BZ），它在数学上被描述为：
HV（BZ）=BZ·HV/BZ   （3）
工作时间BZ优选地作为行驶功效（里程）给出及单位工作时间BV预定值的行程损失HV将根据经验来确定，其中BV的预定值可任意地确定，例如为1000公里。
为了改善行程损失模型主动及被动的温度变化可各被分级，即被分成具有不同温度区域的级。对于每个级将根据经验求得一个单位主动温度变化aTW或单位被动温度变化pTW的特定行程损失HV并配置给该级。例如设置了三个具有TW<=100℃，TW<=120℃及TW>120℃的级，并且既用于主动温度变化aTW也用于被动温度变化pTW。温度变化aTW及pTW将以分级方式来计数及在各个级中根据等式（1）及等式（2）与对于每个级由经验确定的单位aTW或单位pTW的行程损失HV相乘。根据下式由所有行程损失的总和得到由温度引起的行程损失：
HV（TW）=HV（atw，级1）+HV（atw，级2）
+HV（atw，级3）+HV（ptw，级1）（4）
+HV（ptw，级2）+HV（ptw，级3）
内燃机的主动阶段对阀件14的行程损失具有再生作用。为了在行程损失模型中也考虑到该作用，在行程损失模型中将预置具有用于内燃机的主动阶段中阀件14的行程次数的预定区域及具有配置给各级的再生系数RF的级别。对于每个级由经验来确定一个再生系数。对于由阀件14执行的每发动机起动即每内燃机主动阶段的行程次数的分级的一个例子给出在图3中。借助在每个内燃机主动阶段中检测的阀件14的行程数–它等同于内燃机主动阶段中燃料喷ES的次数–将由相应的级读出所配置的再生系数RF。
除上述由温度引起的、为线性的行程损失HV（TW）外，温度变化还对行程损失具有一个非线性的影响。为了掌握该影响，还将在行程损失模型中考虑阀10中温度改变的总数。为此在行程损失模型中预置温度变化数目的一个分级并对具有预定温度变化数目范围的每个级配置一个由经验确定的老化系数AF。在图4中表示出这种在阀10的工作时间上温度变化TW数目及所配置的老化系数AF的分级的例子。所有的温度变化TW被计数，并根据在内燃机的所有主动及被动阶段上累计的总的温度变化TW的数目由适合的级中查出老化系数AF。
概括地说该行程损失模型在数学上可被描述为：
HV=AF·RF·（HV（TW）+HV（BZ））   （5）
式中AF及RF可由根据图3及4的表查出及HV（TW）将根据等式（1），等式（2）及等式（4）来确定而TV（BV）将根据等式（3）来确定。
为了图解根据本发明的对燃料喷射阀10的控制方法在图2中表示出一个包含在发动机控制装置30中的行程损失模型的电路框图。发动机控制装置30通常引起发动机起动及发动机停机及由内燃机的当前工作数据来确定用于燃料喷射所需的额定行程Hnenn，该额定行程将被转换成一个位于控制装置30的控制输出端301上的电控制信号。每个借助控制信号通过致动器20引起的阀14的行程将导致一次燃料喷射ES。借助一个设在控制装置30中的计数器31对发动机的每个主动阶段中进行的喷射ES（或阀件14的行程次数）进行计数，其方式是计数器31总是随着发动机起动而起动及随着发动机停机而中止。借助计数器内容将由一个包含根据图3的表的存储器32读出适合的再生系数RF并将其输送给一个乘法器33。
借助每次发动机停机来检测主动温度变化aTW及被动温度变化pTW及根据它们的温度值在分级器34及35中配置给级（级1，级2，级3）中的一个。为此例如借助一个温度测量元件61测量发动机停机时刻上的温度TS来作为aTW及借助一个最大值检测器62检测由一个延时元件63预给定的发动机停机后的余热加热时间τ中的最大温度Tmax来作为pTW。在每个级中借助计数器38至41对相继的aTW及pTW进行向上计数及将计数器内容输送给乘法器42至47中的每一个，这些计数器内容显示各个级中的累计的aTW及pTW的数目n。此外在所有级中累计的所有aTW及pTW的数目在一个加法器40（49）中相加及将至今所有累计的温度变化TW的总数输送到一个包含根据图4的表的存储器50。根据TW的总数由存储器50读出老化系数AF并将其输送给乘法器33。
每个级凭经验求得的单位主动温度变化或单位被动温度变化的行程损失被存储在存储器51至56中，及存储器51至56被连接到乘法器42至47上。对于阀10累计的工作时间BZ被输送给乘法器48，在该乘法器上还连接了一个存储器57，在该存储器中存储了单位工作时间预定值的行程损失。在每个乘法器42至44中将对于所有级之一实现等式（1）及在每个乘法器45至47中将对于所有级之一实现等式（2），而在乘法器48中计算等式（3）。所有的乘积将在加法器58上相加，及将该相加结果输送给乘法器33，在乘法器33中将根据等式（5）确定预测的行程损失HV。
在加法元件59上将该行程损失HV加到由控制装置30求得的用于阀件14的额定行程Hnenn上并使由此产生的有效行程H*在一个转换元件60中转换成一个控制信号SG，该控制信号位于控制装置30的控制输出端301上并到达阀10中致动器20的控制输入端201。借助转换的控制信号SG–该信号与基于由发动机控制装置借助内燃机工作数据求得的额定行程的控制信号相比已增大，由此就补偿了在阀件14上由老化而出现的行程损失，及阀件14则实现与控制装置30给定的行程Hnenn相应的行程。

Claims (14)

1.用于控制将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室（11）中的阀（10）的方法，该阀具有一个关闭阀孔（13）的阀件（14）及一个为了释放阀孔（13）驱动阀件（14）行程的电致动器（20），其中为了触发确定行程量的阀件行程将电控制信号施加到致动器（20）上，其特征在于：设有一个行程损失模型，在其中持续地收集阀（10）上的温度及温度的变化以及由阀件（14）所执行的行程的次数，预测行程量的减小以作为行程损失及借助该预测的行程损失以补偿行程量减小的方式来校正控制信号。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：行程损失模型的各参数在与内燃机分开的阀（10）上根据经验来求得。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：对于内燃机的主动阶段及被动阶段分开地进行温度变化的收集，其中主动阶段开始于发动机的起动而被动阶段开始于发动机的停机。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：在行程损失模型中考虑所有主动温度变化的数目及所有被动温度变化的数目与它们的总和以及每个内燃机主动阶段阀件（14）行程的数目，其中主动温度变化被确定为发动机停机时阀（10）中的温度及被动温度变化被确定为发动机停机后一个预定的余热加热时间期满后阀（10）中的最大温度。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于：在行程损失模型中预置具有预定温度范围的及一个配置给每个级的由经验求得的单位温度变化的行程损失；及按照级分开地检测所有主动温度变化及所有被动温度变化的数目并与配置给相应的级的单位温度变化的行程损失相乘及将所有通过相乘得到的积相加成一个由温度引起的行程损失。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于：在行程损失模型中考虑由工作时间引起的行程损失。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于：在行程损失模型中预置一个根据经验求得的单位工作时间预定值的行程损失及通过将当前工作时间与单位工作时间预定值的行程损失相乘来获得由工作时间引起的行程损失。
8.根据权利要求4至7中任一项的方法，其特征在于：在行程损失模型中预置具有预定行程次数区域及具有配置给各级的、对于各级根据经验求得的再生系数RF的级；及由配置了在相应的内燃机主动阶段中累计的阀件（14）的行程数目的级查出再生系数。
9.根据权利要求4至8中任一项的方法，其特征在于：在行程损失模型中预置具有预定的用于所有温度变化累计数目的数目区域及具有配置给各级的、对于各级根据经验确定的老化系数的级；及由配置了温度变化的当前累计数目的级查出老化系数。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于：预测的行程损失被确定为由温度变化引起的行程损失与由工作时间引起的行程损失的总和乘以再生系数及老化系数。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于：基于内燃机的工作数据预给定的阀件（14）的行程量与预测的行程损失相加成一个有效的行程量及将该有效行程量转换成一个电控制信号，该电控制信号将引起阀件（14）的一个与有效行程量相应的行程。
12.根据权利要求1至11中任一项的方法，其特征在于：尤其在输入到阀（10）的燃料中测量阀（10）上的温度。
13.根据权利要求1至11中任一项的方法，其特征在于：由一个估计的温度模型导出阀（10）上温度。
14.用于控制将燃料喷射到一个内燃机的燃烧室（11）中的阀（10）的装置，该阀具有一个关闭阀孔（13）的阀件（14）及一个为了释放阀孔（13）驱动阀件（14）行程的、设有一个用于电控制信号的控制输入端（201）的电致动器（20），该装置具有一个连接到控制输入端（201）上的发动机控制装置（30），该控制装置根据内燃机工作数据产生控制信号，其特征在于：发动机控制装置（30）设有一个行程损失模型，该行程损失模型在持续收集阀（10）中的温度及温度的变化以及由阀件（14）所执行的行程的次数的情况下预测行程量的减小以作为行程损失；及发动机控制装置（30）基于该预测的行程损失来校正控制信号。
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