CN107429622B - 用于对喷射阀的温度进行控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对内燃机的燃料喷射系统的运行进行监控的方法，该方法具有以下步骤：获取用于所述燃料喷射系统的喷射器的热负荷的临界状态指数；检查，所获取的临界状态指数是否大于一种阈值，如果所获取的临界状态指数大于所述阈值，则检查，所获取的临界状态指数是否在预先给定的持续时间里大于所述阈值；并且，如果所获取的临界状态指数在所述预先给定的持续时间里大于所述阈值，则采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施。

Description

用于对喷射阀的温度进行控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于对内燃机的燃料喷射系统的运行进行监控的一种方法和一种装置。

背景技术

具有燃料喷射系统的内燃机已经久为人知。这样的内燃机比如在DE 10 2013 206600 A1中得到了说明。在那里说明了一种喷射系统和一种用于喷射系统的调节方法，所述喷射系统具有至少一个用于将燃料喷射到内燃机中的喷射阀，其中在反复的喷射周期中如此使所述喷射阀的闭锁元件运动，使得其在实际-打开时刻OPP2碰到上止挡上，并且/或者在实际-关闭时刻OPP4碰在关闭位置中，并且由此触发所述喷射阀的传感器元件的表征性的信号，其中检测所述传感器元件的时间上的信号变化曲线，并且对所述信号变化曲线的、在所述喷射周期的一个时间上的搜索窗口中所包含的部分进行研究，其中，只要在所述时间上的信号变化曲线的所提到的部分中没有探测到所述表征性的信号，则在接下来的喷射周期中实施一种搜索方法。通过这种处理方式，对于所述喷射阀的打开和关闭时刻的测量以及由此还有所述喷射系统的调节方法的可靠性和稳健性都得到改进。

关于在使用以压电的方式来驱动的喷射器的情况下对这样的内燃机的运行进行的控制、尤其是燃料量调节，存在着含糊不清的征兆，必要时必须根据情况对所述征兆作出反应。

这些内燃机的控制单元通常包含多个控制机构和调整电路，所述控制机构和调整电路能够按需求来提高或者降低所配量的燃料量。单个的较高的调节量首先在进行低动态的马达运行时通常并不危急。不过，如果多个参数的调节量应该较高并且同时应该存在所述内燃机的高动态的运行、比如强烈的加速，则必须负责将所述内燃机的燃料喷射系统的喷射器保持在一种稳定的运行范围内，用于避免产生一种可能的危急的行驶情况。

发明内容

本发明的任务在于，说明用于对内燃机的燃料喷射系统的运行进行监控的一种方法和一种装置，在使用所述方法和装置时能够将所述燃料喷射系统的喷射器尽可能长时间地保持在稳定的运行范围内。

本发明的优点尤其在于，借助于所述要求以权利来进行保护的方法能够实现一种保险功能，通过所述保险功能来保证，将所述燃料喷射系统的喷射器一直尽可能地保持在一种稳定的运行范围内。由此降低出现像比如在超车过程中可能出现的那样的危急的行驶情况的可能性。这主要通过以下方式来实现：在存在对所述燃料喷射系统的运行来说重要的参数的、已被提高了的数值时，在采用合适的应对措施之前，首先通过从所提到的参数中计算一种临界状态指数、并且对其进行测评的方式来检查，必须在何种反应时间之内并且以何种剧烈程度来采用应对措施。这种处理方式相应于根据当前的系统状态由步距和最大值看来对故障进行的可变的防抖动（Entprellung），所述当前的系统状态通过对燃料喷射系统产生影响的参数来描述。

附图说明

本发明的另外的有利的特性从其接下来的示范性的解释中借助于附图来产生。附图中：

图1示出了用于对内燃机的燃料喷射系统的构造进行解释的方框图；

图2示出了用于对一种用于按照本发明的方法的实施例进行解释的流程图；并且

图3示出了用于对所述内燃机的燃料喷射系统的控制单元进行解释的方框图。

具体实施方式

图1示出了用于对内燃机的燃料喷射系统100的构造进行解释的方框图。这种燃料喷射系统100具有燃料箱200，由燃料泵300通过燃料管路210从所述燃料箱200中取出燃料。在所述燃料管路210中能够布置用虚线来绘出的燃料滤清器220。由所述燃料泵300从所述燃料箱200中取出的燃料通过燃料管路310来导送给进口阀400。这个进口阀400调节通过燃料管路410来输送给高压泵500的燃料流。所述进口阀400能够是所述高压泵500的集成的组成部分。在所述高压泵500中被压缩到较高的压力的燃料通过燃料高压管路510来转送给轨600。所述燃料从那里开始通过高压管路610到达喷射器700处，通过所述喷射器将被压缩到较高的压力的燃料喷射到燃烧马达800的燃烧室中。所述轨600与数字的减压阀630相连接，该减压阀也能够是所述轨的集成的组成部分。所述数字的减压阀630通过燃料送回管路620与所述燃料箱200相连接，用于从所述轨600中将过剩的燃料通过所述减压阀630送回到所述燃料箱200中。作为替代方案，通过所述燃料送回管路620来送回的燃料也能够如在图1中通过虚线所勾画的那样被送回给所述燃料滤清器220。为了检测在所述轨600中存在的燃料压力而设置了压力传感器640。

此外，在图1中示出的燃料喷射系统100具有控制单元900，该控制单元构造用于对喷射过程进行控制。所述控制单元900通过控制管路910与所述进口阀400、所述高压泵500、所述喷射器700和所述减压阀630相连接。所述控制单元900根据所述内燃机的当前的运行状态来控制所述喷射过程，它在使用传感器信号、所保存的表格和所保存的工作程序来获取所述内燃机的当前的运行状态。另外由所述压力传感器640输出的传感器信号s1、由转速传感器810输出的传感器信号s2和由温度传感器820输出的传感器信号s3属于所述传感器信号。

所述控制单元900在使用向其输送的传感器信号、所保存的表格和所保存的工作程序的情况下另外还获取所述内燃机的当前所感生的功率、当前的燃料温度、所述内燃机的当前的能量需求和所述喷射器的当前的喷射持续时间。在此，所述控制单元900通过对于所述时刻OPP2的测评来获取当前的能量需求，其中所述时刻OPP2是所述喷射阀的打开时刻，所述打开时刻通过所述OPP2-调节器的当前的调节量来描述。如果这个时刻在喷射周期之内较早地出现，那么当前就存在较低的能量需求。而如果这个时刻在喷射周期之内较迟地出现，则当前存在较高的能量需求。此外，所述控制单元在使用所保存的喷射持续时间组合特性曲线以及对于所述时刻OPP2和OPP4进行测评的情况下获取当前的喷射持续时间，其中OPP4是所述喷射阀的关闭时刻，所述关闭时刻通过所述OPP4调节器的调节量来描述。

图2示出了用于对按照本发明的方法的一种实施例进行解释的流程图。

在这种方法中，在步骤S1中获取用于所述燃料喷射系统的喷射器的热负荷的临界状态指数I。如果在所述喷射器的壳体的顶部点与底部点之间存在大的温度梯度，所述喷射器的这种热负荷比如就比较高。存在着以下必要性：对所述喷射器的热负荷进行监控并且检查，所述喷射器在当前的热负荷下是否能够保持在稳定的运行范围内或者是否必须采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施。

为此目的，在图2所示出的实施例中在步骤S1之后在步骤S2中进行查询，在步骤S1中所获取的临界状态指数I是否大于预先给定的第一阈值SW1。

如果这种检查表明，所获取的临界状态指数I大于所述预先给定的第一阈值SW1，那就在步骤S3中进行查询，所获取的临界状态指数I是否已经在预先给定的第一持续时间t1里大于所述预先给定的第一阈值SW1。

如果这种查询表明，所获取的临界状态指数I已经在所述预先给定的第一持续时间t1里大于所述预先给定的第一阈值SW1，那就在步骤S4中采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施。这项措施属于第一反应层面RE1。优选的是，在喷射周期之内降低主动的喷射的次数这种做法属于所述第一反应层面RE1的措施。通过这种在所述喷射器的喷射周期之内降低所述主动的喷射的次数这种做法，以有利的方式来实现这一点：所述喷射器的热负荷的降低对使用者来说在觉察不到或者不引人注目的情况下来实现。

如果内燃机设有自动变速器，则能够在步骤S4中，作为降低所述主动的喷射的次数的替代方案或者补充方案，自动地转换到更高的挡位。这样的自动的转换到更高的挡位的做法属于所述第一反应层面的措施，没有限制所述内燃机的可使用性，并且导致了所述喷射器的热负荷的降低。

而如果在所述步骤S2中的查询表明，在步骤S1中所获取的临界状态指数I小于所述预先给定的第一阈值SW1，则在步骤S5中进行查询，所获取的临界状态指数I是否大于预先给定的、比所述预先给定的第一阈值SW1小的第二阈值SW2。

如果这种查询表明，所获取的临界状态指数I大于所述预先给定的第二阈值SW2，则在步骤S6中进行查询，所获取的临界状态指数I是否已经在预先给定的第二持续时间t2里大于所述预先给定的第二阈值SW2。

如果这种查询表明，所获取的临界状态指数I已经在预先给定的第二持续时间t2里大于所述预先给定的第二阈值SW2，则在步骤S7中采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施。这项措施属于第二反应层面RE2。比如对于所述内燃机的转速和/或转矩所进行的限制就属于所述第二反应层面RE2的措施。通过这样的对于所述内燃机的转速和/或转矩的限制，也以有利的方式来实现这一点：降低所述喷射器的热负荷。

所述第一反应层面RE1的措施与所述第二反应层面RE2的措施的区别尤其在于，所述第一反应层面RE1的措施没有或者充其量细微地限制所述内燃机的当前的功能能力并且对使用者来说尽可能不引人注目，而所述第二反应层面RE2的措施则能够明显地限制所述内燃机的当前的功能能力，或者对使用者来说也可能是引人注目的。

优选所述预先给定的第一持续时间t1小于所述预先给定的第二持续时间t2。因此，比较快速地采用所述第一反应层面RE1的、在所获取的临界状态指数I大于所述比预先给定的第二阈值SW2大的第一阈值SW1时要采取的措施，而与此不同，只有在较长的持续时间结束之后才采用所述第二反应层面RE2的、在所获取的临界状态指数I大于所述第二阈值SW2、但是小于所述第一阈值SW1时要采取的措施。所提到的阈值SW1和SW2以及所提到的持续时间t1和t2由车辆制造商预先根据经验来获取，并且保存在所述内燃机的控制单元的存储器中。

前面所描述的、用于降低所述喷射器的热负荷的措施也已经由车辆制造商预先分配给所述两个反应层面，其中这种分配同样保存在所述内燃机的控制单元的存储器中并且在需要时能够由所述控制单元从那里调用出来。

如果所述步骤S5中的查询表明，所获取的临界状态指数I小于所述预先给定的第二阈值SW2，则转到步骤S8。

在这个步骤S8中进行查询，所获取的临界状态指数I是否已经在预先给定的、优选大于所述第一持续时间并且也大于所述第二持续时间的第三持续时间t3里小于所述预先给定的阈值SW2，然后判定，所获取的临界状态指数I处于其正常范围之内。在这种情况下要转到步骤S9。在这个步骤S9中又要取消（停止）必要时在步骤S4或者S5中所采用的、用于降低所述喷射器的热负荷的措施。而如果所述步骤S8中的查询表明，所获取的临界状态指数还没有在所述预先给定的第三持续时间t3里小于所述预先给定的阈值SW2，则维持（继续）必要时在步骤S4或者S5中所采用的、用于降低所述喷射器的热负荷的措施。

图3示出了用于对所述内燃机的燃料喷射系统的控制单元S进行解释的方框图，所述控制单元S构造用于获取所述临界状态指数I并且用于获取操控信号st1和st2，用于采用用来降低喷射器的热负荷的措施。这个控制单元S优选是在图1中示出的控制单元900，该控制单元被设置用于控制所述整个燃料喷射系统。

向所述控制单元S输送大量的传感器信号s1…sn，所述传感器信号由所述内燃机的相应所属的传感器提供。所述控制单元S在使用在存储器SP中所保存的工作程序的情况下并且在使用另外的在所述存储器SP中所存放的数据的情况下对这些传感器信号进行测评，并且获取所述内燃机的当前所感生的功率P、当前的燃料温度T、所述内燃机的当前的能量需求E以及相应的喷射器的当前的喷射持续时间τ。

这些参数P、T、E和

是对在所述喷射器的壳体上存在的温度梯度产生影响的参量。因此，比如所述内燃机的当前所感生的功率P用作用于燃烧室温度、喷嘴加热和喷嘴拉长（Düsenlängung）的尺度。所述当前的燃料温度T比如用作用于针冷却和针缩短的尺度。尤其对于所述内燃机的目前较高地所感生的功率来说，出现了沿着喷射器本体并且也在喷嘴本体与喷嘴针之间的较高的温度梯度。这相应于高的、从所述燃料室到所述喷嘴中的能量输入，从而形成了一种高的喷嘴温度。此外，在燃料压力低时，大的喷射量导致了靠近喷嘴的燃烧。在低的燃料温度的情况下，存在着所述喷嘴针的良好的冷却。这尤其在下述情况下是适用的：其中存在着正如对于所述内燃机的高的所感生的功率或者低的燃料压力来说所必要的那样的长的喷射持续时间。

此外，所述控制单元S也对所述喷射器的打开特性进行评估。一种低的能量需求表明容易的打开。一种低的OOP2时间表明快速的打开。一种高的OPP4时间则表明缓慢的关闭。

将预先所获取的并且在所述存储器SP中所存放的加权因数与前面所提到的参数P、T、E和

相乘。因此，将当前所感生的功率P与加权因数k1相乘，将当前的燃料温度T与加权因数k2相乘，将当前的能量需求E与加权因数k3相乘，并且将当前的喷射持续时间τ与加权因数k4相乘。这些加权因数事先也根据经验来获取并且被存放在所述存储器SP中。

在加法器A中，通过加法过程从这些分别与一个加权因数相乘的参数中获取所述临界状态指数I：

。

将这个所获取的临界状态指数I输送给所述控制单元S的计算单元R，所述控制单元S在使用所获取的临界状态指数I的情况下来获取控制信号st1和/或st2，将所述控制信号用于采用用来降低所述喷射器的热负荷的措施。如果所述控制单元S在其对上面借助于图2所描述的方法进行控制的范围内识别出采用所提到的措施的必要性时，那就在此借助于所述控制信号st1来采用所述第一反应层面RE 1的一项或者多项措施，并且借助于所述控制信号st2来采用所述第二反应层面RE2的一项或者多项措施。

前面所描述的发明基于以下情况：以压电的方式运行的喷射器的特性强烈地取决于温度。尤其是所述喷射器本体的很高的温度以及沿着所述喷射器本体的很高的温度梯度对喷射器运行或者喷射器调节来说代表着一种挑战。也必须将特别的注意力放到喷射器的入口特性（Einlaufverhalten）上，因为对于新制造的喷射器来说在最初的运行小时里可能会出现以一种打开电压偏移（Öffnungsspannungsdrift）的形式的被加速的特性变化。

通常关于用来制造喷射器的材料来如此调节所述喷射器，使得在起振的状态中各个喷射器组成部分的热膨胀尽可能地相互补偿，因而所述喷射器的特性在较宽的温度范围内是稳定的。但是，如果在特定的马达运行条件下所述喷射器的端部区域、比如喷嘴顶部很快地得到剧烈的加热，那么所述喷射器的特性就可能达到其稳定的工作范围的极限。

特定的调节干预在正常运行中对于完全地被加热的喷射器来说没有任何不受欢迎的影响，所述特定的调节干预在高瞬态的运行中可能会导致问题。

为了避免这一点并且能够更好地估计目前的运行状态的可能的影响，在上面所描述的发明中实施一种作用链分析（Wirkungskettenanalyse），在进行所述作用链分析时就对所述喷射器的热负荷来说意义重大的影响量进行加权，并且从中获取一种临界状态指数。

高的加权因数意味着相应的参数的、对所述临界状态指数的高的影响，并且反之亦然。

所述临界状态指数越高，就必须越快地对于在所述喷射系统中出现的特定的故障预兆或者说征兆作出反应。单个的高的临界状态指数还没有导致以下结果：必须采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施。只有在所述高的临界状态指数存在预先给定的持续时间时，才采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施。这种处理方式提高了故障识别的可靠性，并且引起以下结果：也只有在有必要的时候才采用合适的应对措施。

尤其所述为了对所述燃料喷射系统的运行进行监控而设置的控制单元S如此构成，使得其根据所获取的临界状态指数的水平来预先给定下述持续时间：在所述持续时间里所述临界状态指数必定超过相应的阈值；并且也根据所获取的临界状态指数的水平来预先给定用于降低所述喷射器的热负荷的措施，从而始终能够采用适当的、对相应所获取的临界状态指数的反应。

本发明的另一个优点在于，除了沿着所述喷射器本体在所述喷射器的高瞬态的运行或者极限范围运行中出现的温度梯度之外，也能够检测明显地位于预先给定的运行温度极限之上的喷射器温度。这样高的喷射器温度比如可能会在燃烧室密封件有故障时出现。

本发明的一种有利的改进方案在于，在获取所述临界状态指数时不仅应该对于上面所提到的参数的当前的数值加以考虑，而且也应该对于其梯度加以考虑。

Claims (10)

1.用于对于内燃机的燃料喷射系统的运行进行监控的方法，具有以下步骤：

-获取用于所述燃料喷射系统的喷射器的热负荷的临界状态指数（I），其中通过对于多个作为参数的传感器信号的测评来获取所述临界状态指数（I），所述传感器信号由配属于内燃机的传感器提供，所述内燃机的当前所感生的功率（P）、当前的燃料温度（T）、当前的能量需求（E）和当前的喷射持续时间（τ）属于所述参数，并且其中所述临界状态指数（I）通过分别与配属的加权因数（k1、k2、k3、k4）相乘的上述参数（P、T、E、τ）的和来计算；

-检查，所获取的临界状态指数是否大于一种阈值（SW1）；

-如果所获取的临界状态指数大于所述阈值，则检查，所获取的临界状态指数是否在预先给定的持续时间（t1）里大于所述阈值；并且

-如果所获取的临界状态指数（I）在所述预先给定的持续时间（t1）里大于所述阈值（SW1），则采用用于降低所述喷射器的热负荷的措施（RE1）。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述临界状态指数的水平来预先给定所述持续时间。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所获取的临界状态指数的水平来预先给定所述用于降低所述喷射器的热负荷的措施。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前的能量需求（E）通过对于所述喷射器的时刻OPP2的测评来获取。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前的喷射持续时间（τ）通过对于所述喷射器的时刻OPP2和OPP4的测评来获取。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具有以下步骤：

-检查，所获取的临界状态指数（I）是否大于一种第一阈值（SW1）；

-在正面的检查结果时检查，所获取的临界状态指数（I）是否已经在比第一持续时间（t1）长的时间里大于所述第一阈值，并且如果是这种情况，就激活第一反应层面（RE1）的措施；

-在否定的检查结果时检查，所获取的临界状态指数（I）是否大于比所述第一阈值小的第二阈值（SW2）；

-在正面的检查结果时检查，所获取的临界状态指数（I）是否已经在与比第一持续时间（t1）长的第二持续时间（t2）相比还长的时间里大于所述第二阈值（SW2），并且如果是这种情况，就激活第二反应层面（RE2）的措施。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，主动的喷射的次数的降低属于所述第一反应层面的措施。

8.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在存在自动变速器时，自动地转换到更高的挡位这种做法属于所述第一反应层面的措施。

9.按权利要求6所述的方法，其特征在于，对于所述内燃机的转速和/或转矩所进行的限制属于所述第二反应层面的措施。

10.用于对内燃机的燃料喷射系统的运行进行监控的装置，其特征在于，它具有控制单元（S），该控制单元构造用于对具有在前述权利要求中任一项中所说明的特征的方法进行控制。

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