CN107787401B - 用于获取通过操控燃料喷射器导致的喷射过程的特征时间点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于传感器（120）获取通过操控内燃机（100）的燃料喷射器（110）导致的喷射过程的特征时间点的方法，所述传感器设置用于检测所述燃料喷射器（110）的打开和/或关闭，其中，检测所述传感器（120）的信号（US），其中，由所述传感器（120）的信号（US）形成校正信号（UK）并且所述操控的开始被用作用于所述校正信号（UK）的时间参考点，其中，形成在所述传感器（120）的信号（US）与所述校正信号（UK）之间的信号差（U’S），并且其中，由这个信号差（U’S）推断所述喷射过程的特征时间点。

Description

用于获取通过操控燃料喷射器导致的喷射过程的特征时间点 的方法
本发明涉及一种用于获取通过操控燃料喷射器导致的喷射过程的特征时间点的方法以及用于执行该方法的计算单元和计算机程序。
背景技术
现代的内燃机具有燃料喷射器，利用所述燃料喷射器燃料能够有针对性地被引入到燃烧室中。为了准确地控制该内燃机，必须尽可能准确地检测所述喷射过程的特征时间点、尤其是所述燃料喷射器的喷射阀的打开和关闭。
在所述打开和关闭直接通过磁阀、压电执行器或者类似物实现的燃料喷射器中，常常能够使用该操控的电学量、也就是说基本上是该执行器的通电，用以检测这样的特征时间点。
与此相反，在伺服阀首先被操控的燃料喷射器中，在该燃料喷射器的电学操控量与该喷射阀的打开或者关闭时间点之间不存在直接的关联。因此，在这样的燃料喷射器中使用附加的传感器，所述附加的传感器检测例如在该燃料喷射器的控制室中的燃料压力。
例如由DE 10 2010 000 827 A1已知一种具有用于在上述燃料喷射器中在喷射过程中检测特征时间点的传感器的系统。
例如由还未公开的专利申请DE 10 2015 201 512和DE 10 2015 201 514已知另外的这样的系统。
发明内容
根据本发明建议了具有独立权利要求的特征的、用于获取通过操控燃料喷射器导致的喷射过程的特征时间点的方法以及用于执行该方法的计算单元和计算机程序。有利的构型方案是从属权利要求以及下面的说明书的对象。
本发明的优点
根据本发明的方法用于借助于传感器获取通过操控内燃机的燃料喷射器导致的喷射过程的特征时间点，所述传感器设置用于检测该燃料喷射器的打开和/或关闭。在此，检测该传感器的信号，并且由该传感器的信号形成校正信号，以便减小或者完全避免该操控——尤其是由于串扰——对传感器信号的影响。在此，该操控的开始被用作用于所述校正信号的时间参考点、尤其是被用作该校正信号的开始，并且形成在传感器信号与所述校正信号之间的信号差，由所述信号差推断该喷射过程的特征时间点。
尤其是，能够由该传感器信号的基本上与操控开始同时出现的上升边沿并且优选地从该传感器信号的基本上与操控开始同时出现的上升边沿开始形成所述校正信号。所述操控开始通常是已知的，因此也能够识别该传感器信号的对应的上升边沿或者该传感器信号的时间位置。如果所述操控开始不应当是精确地已知的，则能够通过下述方式确定例如所述对应的上升边沿或者该传感器信号的时间位置：在所猜想的、该操控开始的时间段中寻找该传感器信号的最大斜率。
在机动车中通常力求的是，相互间隔小间距地几何平行地铺设在燃料喷射器与控制器之间的这样的传感器的传感器线路以及用于所述燃料喷射器的通常相互扭绞的操控线路。由此在所述操控线路与所述传感器线路之间产生耦合电容。然而，当在所述控制器中的切换过程在时间上位于特征时间点附近时，借助于所述传感器的对这些特征时间点的识别能够由于在操控所述燃料喷射器时的过耦合而受到干扰。在此，在该传感器的信号上的这样的耦合能够例如导致错误识别的打开或者关闭时间点。
但是，利用根据本发明的方法能够通过下述方式将这样的过耦合或者耦合从该传感器的信号中移除：形成适合的校正信号，所述校正信号尽可能地对应于基于所述过耦合的干扰信号并且被从该传感器的信号中去除。在此尤其基于下述认识：在开始操控该燃料喷射器时，通过所述传感器本身还不能够产生电压变化，因为该喷射器的打开相对于该燃料喷射器的操控在时间上至少略微延迟。因此，在该燃料喷射器的操控开始时在该传感器的信号中出现的信号变化产生于所述操控线路的耦合并且是干扰信号。因此，能够由在该传感器的信号上的这个干扰信号形成校正信号，利用所述校正信号能够从该传感器的信号中计算出所述干扰信号。因此可能的是，更精确地并且尤其是无干扰地识别特征时间点。
优选地，由在该操控开始之前该传感器信号的第一值和在该操控开始之后该传感器信号的第二值确定该校正信号的振幅，尤其是作为这些值的差。尤其是，所述第一值在此包括在该操控开始之前在预先确定的第一时间间隔中该信号的极值（最大值或者最小值）、平均值或者中位数，和/或所述第二值包括在该操控开始之后在预先确定的第二时间间隔中该信号的极值（最大值或者最小值）、平均值或者中位数。以这种方式能够通过操控该燃料喷射器特别简单地获取该干扰信号的或者到该传感器的信号上的耦合的振幅。也能够使所述校正信号与此对应地准确地模仿所述干扰信号。
有利地，所述校正信号包括矩形信号。这是一种特别简单的模仿该干扰信号而不产生大花费的可能性，因为在所述操控时的电压曲线、即所谓的增压电压近似矩形地伸展。
替代地优选的是，所述校正信号包括梯形信号，该梯形信号具有斜率，所述斜率对应于在该操控开始之后在预先确定的第三时间间隔中该传感器信号的斜率。这实现对该干扰信号的更准确的模仿并且从而实现该传感器的良好的信号，在所述信号处能够识别特征时间点。
进一步替代地优选的是，获取该传感器信号的上升边沿的曲线并且所述曲线被用作该校正信号的上升边沿的曲线和/或倒转地被用作该校正信号的下降边沿的曲线。这是一种模仿该干扰信号的特别准确的可能性，并且因此实现该干扰信号的特别准确的补偿。
有利的是，在考虑预先确定的、尤其对应于操控该燃料喷射器时的增压持续时间的持续时间的情况下确定该校正信号的持续时间。这是一种特别简单的确定该校正信号的持续时间的可能性，并且在形成该校正信号时需要很少的花费。在操控该燃料喷射器时的增压持续时间在此通常对于每个操控过程基本上是同样长的，从而使得例如平均的或者例如预先给定的增压持续时间能够被用作用于所述校正信号的持续时间。
优选地，在考虑在所述操控开始之后和/或在用于该燃料喷射器的增压操控的电压的曲线和/或切换时间点之后的该传感器信号的下降边沿的情况下确定该校正信号的持续时间。这些可能性是用于使该校正信号的持续时间与该干扰信号的持续时间尽可能良好地相协调的进一步的改进方案。在考虑该信号的下降的边沿时、尤其是在具有最陡的坡度的时间点处，能够考虑该干扰信号的实际终点。同样地，利用检测在所述操控时的、例如直接在对应的输出级处的电压信号能够特别准确地检测该干扰信号的持续时间，所述干扰信号确实对应于到该传感器的信号上的、用于所述操控的电压的过耦合。如果能够截取例如为所述操控提供所述电压的输出级的切换时间点，则也能够由此获取该干扰信号的特别准确的持续时间。
有利地，所述特征时间点包括该燃料喷射器的打开。恰恰是在所述操控开始时的增压电压导致在该传感器的信号中的干扰信号，所述干扰信号能够与该燃料喷射器的打开并且从而与在该传感器的信号中的对应的电压变化在时间上相重叠。在另外的特征时间点处、例如当在所述燃料喷射器中的针换向时或者当该燃料喷射器关闭时，通常不或者几乎不存在这样的重叠。另外，如果存在这样的重叠，则所述干扰信号在这些时间点也明显更微弱。
有利的是，在处理所述信号之后通过模拟数字转换器数字地形成所述校正信号和/或所述信号差。当所述信号以数字的形式存在时，如上所述，对信号的处理是特别简单地可能的。该传感器的信号在此能够在进一步处理之前还通过低通过滤器，在所述进一步处理中例如获取上述参数、例如振幅和持续时间。由此能够移除别的不重要的干扰信号。
优选地，压电传感器或者压阻传感器或者感应传感器被用作传感器。压电传感器是在这样的燃料喷射器中通常所使用的传感器。然而，例如压阻传感器或者感应传感器也能够被用作传感器。压电传感器在机械激励时主动释放电荷，而压阻传感器与之相反改变它们的欧姆电阻。
有利地，所述燃料喷射器包括伺服阀、尤其是电磁伺服阀或者压电伺服阀。如已经在开头所提到的那样，恰恰在借助于伺服阀工作的燃料喷射器中难以识别该喷射过程的特征时间点。但是，利用根据本发明的方法在这里实现更好的识别。但是，根据本发明的方法也能够有利地被应用在不具有伺服阀的燃料喷射器中。
机动车的根据本发明的计算单元、例如控制器、尤其是发动机控制器，尤其在程序技术上，被设置用于执行根据本发明的方法。
以计算机程序的形式实施该方法也是有利的，因为这产生特别少的成本，尤其是当实施的控制器还被用于其它任务并且因此本来就存在时。适合的用于提供该计算机程序的数据载体尤其是电磁的、光学的和电子的存储器，例如硬盘、闪速存储器、EEPROM、DVD以及其它等等。通过计算机网络（互联网、内联网等等）下载程序也是可能的。
由说明书和所附附图得出本发明的其它优点和构型方案。
本发明根据在附图中的实施例示意性地示出并且在下文中参照附图被说明。
附图说明
图1示意性地示出用于具有磁线圈和配属的传感器的燃料喷射器的电路布置。
图2a至2c示出用于传感器和传感器接线的等效电路图。
图3示意性地示出用于具有配属的传感器的燃料喷射器的电路布置。
图4a和4b示出用于根据图3的电路布置的等效电路图。
图5示出在操控具有磁线圈的燃料喷射器时线圈电压的和在高侧和低侧上的电势的曲线。
图6示出在操控具有磁线圈和配属的传感器的燃料喷射器时在高侧和低侧上的电势的曲线和该传感器的信号。
图7示出在操控具有磁线圈和配属的传感器的燃料喷射器时在高侧和低侧上的电势的曲线和该传感器的信号以及按照根据本发明的方法在一种优选的实施方式中的校正信号。
具体实施方式
图1示例性地示出了用于具有磁线圈115和配属的传感器120的第一燃料喷射器110的电路布置。所述燃料喷射器110配属于内燃机100。所述磁线圈115用作用于操控在所述燃料喷射器110中的伺服电磁阀的磁线圈。
在此在所述燃料喷射器110中这样布置所述传感器120，使得例如在能够借助于该伺服电磁阀被打开的控制室中的压力能够被检测。
所述磁线圈115利用两个操控线路、即高侧线路HS和低侧线路LS与构造为发动机控制器150的计算单元的输出级155连接。所述高侧线路HS和所述低侧线路LS分别通过电容器（其例如对于低侧具有4.7nF的电容和对于高侧具有4.7nF的整数倍的电容）接地。
所述传感器120、例如具有压电元件的压电传感器通过两个输入端与所述发动机控制器150连接，其中，这些输入端中的一个输入端通过该燃料喷射器110的壳体和所述内燃机100与车辆电池105的负极或者与地连接。在所述发动机控制器150中，所述传感器120与输入电容Cin并联连接，接着是输入接线160、例如+5V的正电压和模拟数字转换器161。
所述输入接线160能够，如所示出的那样，具有电阻和电容。但是，这个输入接线的准确的构型方案对于本发明不重要，并且因此不会作更详细的说明。
图1所示的布置或者电路是这样的、已经用于常规喷射过程和用于识别这样的喷射过程的特征时间的布置或者电路。
在图2a中在右侧示出了用于在左侧示出的传感器120的等效电路图。所述传感器120因此能够被看作电流源isens，所述电流源输出电荷，所述电荷与作用到所述传感器120上的力F成比例。该电流的值在此例如是iSens = d33·dF/dt。在此，d33是重要的压电系数，dF/dt是作用到所述传感器上的力F的时间导数。这种电荷对具有该传感器120的固有电容Csens的电容器充电。
在图2b中示出了用于所述传感器和配属的已经在图1中示出的传感器接线的等效电路图。相对于在所述发动机控制器中的传感器120和配属的输入接线160的电路布置，在这里只通过在图2a中示出等效电路图替换所述传感器120。
通过输入电容Cin使这个被示出的电路布置的空转电压以因子Csens/(Csens + Cin)为程度降低。在这种情况下必须注意的是，也能够略去所述输入电容Cin。在这种情况下，用于所示出的电路的值Cin能够被简单地设置为零。
在图2c中示出了图2b中的等效电路图的另外的简化。所述电源isens被转化成具有内电阻的电压源u1，所述内电阻通过C1 = Csens + Cin形成。在此，U1 = d33 ·F / (Csens +Cin)。以这种方式更容易理解用于所述传感器120的电路布置。
现在在图3中重新示出图1中的电路布置，其中，为了简化起见还是只示出对于所述电路布置而言重要的磁线圈115，而不是燃料传感器110。
另外，现在记入电容CHS和CLS，所述电容表示在高侧线路HS或者低侧线路LS与用于所述传感器120的传感器线路之间的耦合。这些耦合例如通过相互靠近地并且尤其通常平行地铺设通常扭绞的高侧和低侧线路和所述传感器线路而实现。在整个线路长度上构造的这些耦合能够通过所示出的在所述电路布置中的两个电容CHS和CLS来表示。
在图4a中示出了用于来自于图3中的电路布置的对于该传感器120的接线而言重要的部件的等效电路图。在此，所述电容CHS和CLS分别利用配属的电压源UHS和ULS与在图2c中示出的接线连接，所述配属的电压源是在所述磁线圈115上的被所述输出级155施加的电压。
图3中的电路布置和图4a中的等效电路图都表明，现在来自于所述高侧或者低侧线路相对于地的电势UHS和ULS的过耦合或者干扰信号被叠加在该第一传感器120的真正的传感器信号、即所述电压源U1上。
这些电势在所述发动机控制器中能够例如在零、增压电压（通常在40V与50V之间）之间切换。附加地，uHS也能够采纳该电池电压的值。当在所述发动机控制器中的切换过程在时间上位于特征时间点附近时，对这些特征时间点的识别能够由于这些过耦合而受到干扰。在打开该伺服阀时尤其如此，因为在时间上与之非常靠近时所述增压被终止，所述电压uHS因此从所述增压电压、即在40V与50V之间跳为零或者跳为电池电压。
在图4b中示出另外的等效电路图，在所述另外的等效电路图中所述电容C1、CHS和CLS被组合为电容C2 = C1 + CHS + CLS。同样地，配属的电压U1、UHS和ULS被组合为U2 = d·F/C2 + CHS·UHS/C2 + CLS·ULS/C2。以这种方式能够简单地示出施加在该模拟数字转换器161的输入端处的电压。
在图5中示出在操控如其在图1中所示的、具有磁线圈的燃料喷射器时在所述磁线圈中的线圈电压USp的和在高侧上的电压或者电势UHS的和在低侧上的电压或者电势ULS的曲线。在此，分别相对于以毫秒为单位的时间t绘制以伏特为单位的电压U。
所述电势UHS和ULS在此典型地由输出级，如图1所示，在操控用于喷射燃料的燃料喷射器时产生。所述线圈电压USp在此是由这些电势产生的、施加在所述磁线圈上的电压。
从在t = 0ms的操控开始起的总操控持续时间在此大约是0.4ms。如在电势UHS处能够看出的那样，首先大约40V的增压电压被施加到所述线圈上大约0.1ms。然后，通过使该线圈电压在大约为14V的车载电压与电压零之间循环而在滞后电流带内调节线圈电流。随着将该电势ULS提高到所述增压电压，对该磁线圈的操控被终止，从而使得所述线圈电流被快速地降低并且所述燃料喷射器再次关闭。
在此，特征时间点是在大约t = 0.1ms时该燃料喷射器的或者它的针的打开，在大约t = 0.55ms时针换向和在大约t = 0.9ms时该燃料喷射器的或者它的针的关闭。
在图6中示出了如图5中的电势UHS和ULS的曲线。另外，示出了在操控具有电势UHS和ULS的磁线圈时如图1中的传感器120的信号的传感器的信号US。在此，分别相对于以毫秒为单位的时间t绘制以伏特为单位的电压U。所述信号US在此能够例如借助于所述输入接线160和所述A/D转换器161被检测。
在此能够明显看出的是，尤其是所述电势UHS在大约t = 0ms与t = 0.1ms之间的时间中引起到所述信号US 上的强烈的耦合。该燃料喷射器的或者它的伺服阀的打开也恰恰位于这个时间段中。
另外还能够看出的是，所述电势ULS未引起在所述信号US 上的值得注意的耦合。另外，在其余重要的时间范围中，即在针换向的和该关闭的时间范围中，也不存在重要的干扰信号或者耦合。
在图7中示出了如图6所示的电势UHS和ULS的以及该信号US的曲线。另外，还示出了校正信号UK以及被校正的信号或者信号差U’S，所述被校正的信号对应于由所述信号US和所述校正信号UK得出的差。在此，分别相对于以毫秒为单位的时间t绘制以伏特为单位的电压U（属于UK的刻度在此绘制在右侧，其余信号的刻度绘制在左侧）。
如果现在所述信号US例如借助于所述A/D转换器161被转换成数字信号，则它能够以适合的方式被分析。在围绕该燃料喷射器的或者它的磁线圈的操控开始的范围中能够获取该干扰信号的振幅，在t = 0ms时该信号US的上升边沿对应于所述范围。例如，在t = -0.05ms和t = 0.05ms的范围中，能够检查所述信号US的最小值和最高值。替代地，例如也能够在t = 0之前和之后的两个时间间隔中获取该信号电压的相应的平均值或者相应的中位数。与所使用的方法无关地，这些在本发明中例如是大约2.7V和大约3.4V。
由它们的差，在本发明中因此大约是0.7V，能够推断出在所述信号US中的干扰信号的振幅。在此必须注意的是，在时间点t = 0ms处或者附近，即在所述操控开始时，在所述信号US中的电压变化并非产生于该传感器的活动，因此也不一定产生于干扰耦合。
这个0.7V的差现在能够被用作用于校正信号UK的振幅，所述校正信号通过适合的处理能够被从所述信号US中去除。所述操控开始t = 0ms被用作标明该校正信号的开始的时间参考点。在此，增压操控的在本发明中例如为0.1ms的典型的持续时间能够被用作该校正信号UK的持续时间。由此能够在最简单的情况下形成矩形信号，该矩形信号作为信号UK在图7中被示出。
因此，通过形成US与UK的差得出信号差U’S，所述信号差近似地至少在对于该燃料喷射器的打开而言重要的时间范围中对应于该传感器的无干扰耦合的信号。在大约t =0.1ms时的信号差U’S中的剩余的小干扰峰值不再能够以值得注意的方式影响特征检测，在所述特征检测中识别打开。
应当理解的是，该校正信号UK的形状也能够更准确地适配于所述干扰耦合，如这在开头多个变型方案中所说明的那样。

Claims (15)

1.用于借助于传感器（120）获取通过操控内燃机（100）的燃料喷射器（110）导致的喷射过程的特征时间点的方法，所述传感器设置用于检测所述燃料喷射器（110）的打开和/或关闭，
其中，检测所述传感器（120）的信号（US），
其中，在该燃料喷射器的操控开始时在该传感器的信号中出现的信号变化是干扰信号，由该干扰信号形成校正信号（UK），
其中，所述操控的开始被用作用于所述校正信号（UK）的时间参考点，
其中，形成在所述传感器（120）的信号（US）与所述校正信号（UK）之间的信号差（U’S），并且
其中，由所述信号差（U’S）推断所述喷射过程的特征时间点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间参考点标明所述校正信号的开始。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，由在所述操控开始之前所述传感器（120）的信号（US）的第一值和在所述操控开始之后所述传感器（120）的信号（US）的第二值确定所述校正信号（UK）的振幅。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一值包括在所述操控开始之前在预先确定的第一时间间隔中所述传感器（120）的信号（US）的极值、平均值或者中位数，和/或所述第二值包括在所述操控开始之后在预先确定的第二时间间隔中所述传感器（120）的信号（US）的极值、平均值或者中位数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校正信号（UK）包括矩形信号。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述校正信号（UK）包括梯形信号，所述梯形信号具有斜率，所述斜率对应于在所述操控开始之后在预先确定的第三时间间隔中所述传感器（120）的信号（US）的斜率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，获取所述传感器（120）的信号（US）的上升边沿的曲线，所述曲线被用作所述校正信号（UK）的上升边沿的曲线和/或倒转地被用作所述校正信号（UK）的下降边沿的曲线。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑预先确定的持续时间的情况下确定所述校正信号（UK）的持续时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑在所述操控开始之后和/或在用于所述燃料喷射器（110）的增压操控的电压（UHS）的曲线和/或切换时间点之后所述传感器（120）的信号（US）的下降边沿的情况下确定所述校正信号（UK）的持续时间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征时间点包括所述燃料喷射器（110）的打开。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在处理所述信号（US）之后通过模拟数字转换器（161）数字地形成所述校正信号（UK）和/或所述信号差（U’S）。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，压电传感器或者压阻传感器或者感应传感器被用作传感器（120）。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料喷射器（120）包括伺服阀。
14.计算单元（150），其设置用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。
15.机器可读的存储介质，其具有储存在其上的计算机程序，当其在计算单元（150）上被实施时，其促使所述计算单元（150）执行根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
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