CN108138682B - 对燃料喷射器处于预定状态的时间的确定 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于确定具有电磁驱动器的燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间点的方法。本方法包括以下步骤：（a）确定所述燃料喷射器处于第二预定状态时的第二时间点，（b）确定所述燃料喷射器的可移动部件的行程值，其中，所述行程值对应于所述可移动部件的移动区段，当所述燃料喷射器在所述第一预定打开状态和所述第二预定打开状态之间发生转变时，所述移动区段被覆盖，以及（c）基于所述第二时间点和所述行程值，确定所述燃料喷射器处于所述第一预定打开状态时的第一时间点。本发明还涉及一种用于控制具有电磁驱动器的燃料喷射器的方法、一种发动机控制器和一种计算机程序。

Description

对燃料喷射器处于预定状态的时间的确定

技术领域

本发明涉及致动燃料喷射器的技术领域。具体的，本发明涉及一种用于确定具有电磁驱动器的燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间的方法。本发明还涉及一种用于致动具有电磁驱动器的燃料喷射器的方法，其中，所述致动基于根据本发明所确定的第一时间。此外，本发明涉及一种发动机控制器和一种计算机程序，所述发动机控制器和计算机程序设计成执行根据本发明的方法。

背景技术

为了将燃料喷射到燃烧室（例如汽缸）中，可使用燃料喷射器（例如电磁阀或电磁喷射器)。这种电磁喷射器（也称为线圈喷射器）具有线圈，线圈在电流流动穿过线圈时产生磁场，其结果是磁力被施加在衔铁上以使得衔铁移动，从而导致喷嘴针阀的或闭合元件的打开或关闭以打开或关闭电磁阀。如果电磁阀或电磁喷射器在衔铁和喷嘴针阀之间或在衔铁和闭合元件之间具有所谓的空行程，则衔铁的移动还不会立刻导致闭合元件或喷嘴针阀的移动，而是仅在衔铁已经完成移动空行程的大小之后才导致闭合元件或喷嘴针阀的移动。

当向电磁阀的线圈施加电压时，电磁力使衔铁沿极片或极靴的方向移动。在克服空行程之后，喷嘴针阀或闭合元件由于机械联接（例如机械接触）同样移动，并且伴随对应的移位，打开喷射孔以将燃料供应到燃烧室中。如果电流进一步流动穿过线圈，则衔铁和喷嘴针阀或闭合元件继续移动直到衔铁到达极片或抵靠极片而停止。衔铁在闭合元件或喷嘴针阀的载体上的停止位与衔铁在极片上的停止位之间的距离被称为针阀行程或工作行程。为了关闭燃料喷射器，切断施加到线圈的励磁电压并使线圈短路，以使得磁力耗散。线圈短路导致由于储存在线圈中的磁场的耗散的缘故电压极性反转。电压水平被二极管限制。由于例如由弹簧提供的返回力，喷嘴针阀或闭合元件包括衔铁移动到关闭位置。这里以相反的顺序经过空行程和针阀行程。

在燃料喷射器的打开发生时针阀移动开始时（也称为OPP1）的时间取决于空行程的大小。针阀或衔铁抵靠极片而停止时（也称为OPP2）的时间取决于针阀行程或工作行程的大小。在给出相同的电致动的情况下，针阀移动开始（打开）和针阀移动结束（关闭）上的针对喷射器而特定的时间变化会导致不同的喷射量。

根据现有技术，可以以各种方式确定对应于各特定的打开状态的上述时间（以及另外的相关的时间）。因此，例如，可以通过检测在线圈电压或线圈电流中的反馈信号相当准确地确定针阀抵靠极片而停止时的时间OPP2。然而，克服空行程以及在衔铁和针阀之间建立机械联接时的时间OPP1对于以液压的方式开始喷射是至关重要的。这个时间通常由OPP2和OPP1之间所假定的（基于针阀行程的）固定关联间接确定。

然而，已经确认的是，例如，燃料喷射器的针阀行程在服务寿命期间或在运行阶段期间会由于磨合过程或磨损（例如部件的安装）而改变。当间接地确定例如OPP1时，这会导致对应的错误，因为所假定的与OPP2的关联不再适用。

发明内容

本发明基于具体说明一种改进方法的目的，所述方法用于间接地确定燃料喷射器处于预定状态时的时间，以便由此允许燃料喷射器的精确且可靠的致动。

本目标通过本发明的方法实现。

本发明的第一方面描述了一种用于确定具有电磁驱动器的燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间的方法。所描述的方法包括以下步骤：（a）确定所述燃料喷射器处于第二预定状态时的第二时间，（b）确定所述燃料喷射器的移动部件的行程值，所述行程值对应于所述移动部件的移动路径，当所述燃料喷射器在所述第一预定打开状态和所述第二预定打开状态之间转变时所述移动路径被覆盖，以及（c）基于所述第二时间和所述行程值确定所述燃料喷射器处于所述第一预定打开状态时的第一时间。

所描述的方法是基于发现：可以在燃料喷射器处于第二预定状态的第二时间和行程值被确定的情况下实现燃料喷射器处于第一打开状态时的第一时间的精确（间接的）确定。所述行程值对应于燃料喷射器的移动部件在第一预定打开状态和第二预定打开状态之间覆盖的移动路径。换句话说，所述行程值对应于在从燃料喷射器的第一打开状态到第二打开状态或从燃料喷射器的第二打开状态到第一打开状态的燃料喷射器所发生的转变期间由移动部件覆盖的移动路径。因此，第一时间既可以发生在第二时间之前也还可以发生在第二时间之后。可以凭借已知的行程值确定或估算移动部件的移动的持续时间（也就是说，从第一/第二打开状态到第二/第一打开状态的转变的持续时间）。然后可以基于这个持续时间和第二时间确定第一时间。

在本文件中，术语“打开状态”特别是指在喷射过程期间发生的状态，也就是说在燃料喷射器的打开阶段、喷射阶段或关闭阶段期间发生的状态。会提及的示例包括（i）电致动的开始或衔铁移动的开始（也称为OPP0），（ii）衔铁和喷管针阀之间发生机械联接，或在打开时针阀移动的开始（也称为OPP1），（iii）针阀抵靠极片而停止，或打开过程的结束（也称为OPP2），（iv）开启关闭过程或在关闭时针阀移动的开始（也称为OPP3），（v）针阀和衔铁之间的机械联接的结束，或在关闭时针阀移动的结束（也称为OPP4），以及（vi）在关闭时衔铁移动的结束（也称为OPP5）。

在本文件中，“移动部件”特别是指燃料喷射器中的移动元件或部件，所述移动元件或部件的移动导致或有助于燃料喷射器的打开状态的变化。

根据本发明的一个示例性实施例，确定行程值包括如下步骤：（a）检测在燃料喷射器的致动发生时表示电磁驱动器中的互连磁通量和电流强度之间的关系的数据集，以及（b）分析所述数据集以便确定行程值。

优选地是在燃料喷射器的相对慢的致动发生时实施检测所述数据集，也就是说，例如，将5 V和15 V之间的电压，特别是近似10 V的电压施加到电磁驱动器。因此可能的是将产生更少的涡流，该涡流对分析所述数据集来讲是不利的。

可以在合适的时间定时地检测所述数据集，以使得可以总是使用最新的数据来确定行程值。

电流强度优选地被直接测量得到。额外需要（电磁驱动器中的）电压的值和通电线圈电阻的值，以便确定互连磁通量的对应的值。

根据本发明的另一示例性实施例，分析所述数据集包括基于所述数据集形成特征曲线和在所述特征曲线的分布中检测移位。

在上下文中，“移位”意图被理解为特别是表示特征曲线的平行伸展的部分之间的距离。

根据本发明的另一示例性实施例，确定第一时间包括以下步骤：（a）确定行程值和参考行程值之间的差，（b）基于所述第二时间、所述差和校正系数来确定经校正的第二时间，以及（c）基于经校正的第二时间以及第一打开状态和第二打开状态之间的预定的关系确定第一时间。

在本文件中，“参考行程值”特别是指由制造商规定的行程值或在安装燃料喷射器时所测量的行程值。

换句话说，行程值与参考行程值的偏差得到确定并且从所述偏差确定了经校正的第二时间，也就是说，在行程值等于参考行程值的情况下燃料喷射器将已处于第二打开状态时的时间。然后使用经校正的第二时间连同第一和第二打开状态之间的已知关系来确定第一时间。

根据本发明的另一示例性实施例，燃料喷射器的第一预定打开状态是打开阶段的开始，并且第二预定打开状态是打开阶段的结束。

换句话说，在该实施例中，第一打开状态等于上述打开状态OPP1，并且第二打开状态等于上述打开状态OPP2。

根据本发明的另一示例性实施例，移动部件是针阀（喷嘴针阀），并且行程值是针阀行程值。

从OPP1到OPP2的转变的持续时间由针阀行程确定。如果所述针阀行程增大，则持续时间因此而延长，并且反之亦然。

按类似的方式，所述针阀行程也可以在关闭过程中与上述打开状态OPP3和OPP4结合使用。更准确地说，打开状态OPP4发生时的时间可以从对应于打开状态OPP3的时间和针阀行程来确定。

应当注意的是，对根据本发明的方法来讲，也考虑其他状态和/或行程值。因此，例如，从OPP0到OPP1的转变以及还有从OPP4到OPP5的转变也都以空行程为特征。

本发明的第二方面描述了一种用于驱动具有电磁驱动的燃料喷射器的方法。所描述的方法包括以下步骤：（a）执行根据所述第一方面或上述示例性实施例中的一个的用于确定燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间的方法，以及（b）基于所确定的第一时间致动燃料喷射器，其中，特别地，如果确定第一时间晚于或早于参考时间发生，则减小或增大施加用于打开燃料喷射器的激发电压和施加用于关闭燃料喷射器的电压之间的持续时间。

通过这种方法，可以通过使用根据所述第一方面的方法以简单且可靠的方式来实现精确的喷射量的准确控制。

本发明的第三方面描述了一种用于车辆的发动机控制器，所述发动机控制器设计成使用根据所述第一和/或第二方面和/或上述示例性实施例中的一个的方法。

这种发动机控制器通过使用根据所述第一方面的方法允许以简单且可靠的方式准确控制各个燃料喷射器的精确的喷射量。

本发明的第四方面描述了一种计算机程序，当所述计算机程序由处理器运行时，所述计算机程序被设计成执行根据所述第一和/或所述第二方面和/或上述示例性实施例中的一个的方法。

在本文件的意图中，这种计算机程序等同于程序元件、计算机程序产品、和/或计算机可读介质的概念，其包含用于控制计算机系统的指令，以便以合适的方式协调系统或方法的操作方式，从而实现与根据本发明的方法关联的效果。

所述计算机程序可以被实施为采用任何合适的编程语言（例如JAVA，C++等）的计算机可读的指令代码。所述计算机程序可以储存在计算机可读储存介质（只读型光盘，DVD，蓝光光盘，可移动磁盘，易失性存储器或非易失性存储器，积分存储器/处理器等）上。所述指令代码可以为计算机或其他可编程设备（例如特别是用于机动车辆的发动机的控制单元）编程，使得所期望的功能被执行。此外，可以在网络（例如因特网）中提供计算机程序，当需要时，使用者可以从网路下载所述计算机程序。

本发明既可以借助于计算机程序（即软件）来实现，也可以借助于一种或多种特定的电路来实现，即作为硬件或以任何期望的混合形式（即借助于软件部件和硬件部件）来实现。

应当注意的是，参考本发明不同的主题已经描述了本发明的一些实施例。特别地，本发明的一些实施例是通过方法权利要求描述的，而本发明其他的实施例是通过产品权利要求描述的。然而，对于本领域技术人员来讲当阅读本申请时将立即清楚的是，除非另有明确说明，除了与本发明的一种类型的主题相关联的特征的组合之外，与本发明不同类型的主题相关联的特征的任何组合也是可能的。

附图说明

本发明其他的优势和特征可以从以下优选的实施例的示例性描述中获悉。

图1示出了具有电磁驱动器的燃料喷射器。

图2示出了具有不同的针阀行程的两个燃料喷射器的衔铁位置、针阀位置和喷射速率随时间的变化。

图3示出了用于根据本发明确定燃料发动机的行程值的ψ-I特征曲线（PSI-I特征曲线）。

图4示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

应当注意的是，下面描述的实施例仅是本发明的可能的各种实施例的有限的选择。

图1示出了具有电磁驱动器的燃料喷射器（电磁喷射器）100的截面图。喷射器100特别是包括带有线圈102和衔铁104的电磁驱动器。当向线圈102施加电压脉冲时，磁衔铁104沿喷嘴针阀106的宽阔部分的方向移动，并然后在克服空行程114（抵抗弹簧110的力）之后，抵抗弹簧110和132所施加的弹簧力向上推压所述喷嘴针阀直到衔铁104抵靠极靴112而停止。当电压脉冲结束时，衔铁104和喷嘴针阀106再一次向下移动回到液压盘108上的开始位置。

图1所示的电磁喷射器具有本身已知的并且对本发明来讲具有可忽略意义的若干特征；因此，没有详细描述它们。这些特征特别是包括：阀主体116、集成的座部导轨118、滚珠120、密封件122、壳体124、塑料件126，垫圈128、金属过滤器130以及校准弹簧132。

图2示出了具有不同的针阀行程的两个燃料喷射器的衔铁位置212、214、针阀位置222、224、以及喷射速率（ROI）232、232随时间的变化。除了所述针阀行程，所述两个燃料喷射器是相同的，并且以相同的方法被电致动。

具体地讲，靠上的图210示出了具有60 μm针阀行程的燃料喷射器的衔铁位置212（实线曲线）和具有80 μm针阀行程的燃料喷射器的衔铁位置214（虚线曲线）。中间的图220示出了具有60 μm针阀行程的燃料喷射器的针阀位置222（实现曲线）和具有80 μm针阀行程的燃料喷射器的针阀位置224（虚线曲线）。靠下的图230示出了具有60 μm针阀行程的燃料喷射器的喷射速率（ROI）232（实线曲线）和具有80 μm针阀行程的燃料喷射器的喷射速率（ROI）234（虚线曲线）。

图210、220、230示出了20 μm的针阀行程的差异导致达到打开状态（针阀移动结束）OPP2时的时间之间的38 μs的差异，也就是说ΔOPP = 38 µs。其次，达到打开状态（针阀移动开始）OPP1时的时间之间的差异只有4 μs，也就是说ΔOPP1 = 4 µs。这可以归因于由于电磁启动气隙而导致的磁力初始略有不同的事实。如果之后如迄今为止通常所做的那样简单地基于对OPP2时间的检测来估算OPP1时间，则这会导致34 µs的偏差，也就是说，是8倍还要多。

此外，在图230中清楚地示出了当针阀行程是80 μs时总喷射量要大得多。尽管致动是相同的，但是特别是在该情况中喷射操作结束得晚得多，参照曲线234。

这些偏差可以通过根据本发明的方法以如下方式得到补偿：实际针阀行程被有规律地确定并且在基于另一个（第二）时间确定一个（第一）时间时被考虑进去。下面将结合图4更详细地描述根据本发明的方法。

图3示出了用于根据本发明确定燃料喷射器（例如图1所示的燃料喷射器100）的行程值的ψ-I特征曲线（PSI-I特征曲线）300。特征曲线300大体上由两个曲线元素组成，其中，靠下的曲线元素由曲线区段310、312、314、316和318组成，并且对应于燃料喷射器100的打开。靠上的曲线元素由曲线区段320、322和324组成并且对应于燃料喷射器100的关闭。曲线分布沿着靠下的曲线元素发生两次移位。

由于空行程而产生第一移位，即由所述衔铁从其不工作位置移动直到其接触针阀并然后被制动或停止而产生第一移位。换句话说，磁力首先沿着曲线区段310增大，然后衔铁沿着曲线区段312移动直到针阀（空行程），在那里衔铁沿着曲线区段314保持静止而磁力进一步增大。由于针阀行程而产生第二移位，即由衔铁以及针阀两者一起移动直到当衔铁停止在极片上时它们进入停顿状态。衔铁和针阀的移动沿着曲线区段316进行，并且沿着曲线区段318发生磁力的进一步增大。

如下面进一步描述的，可以通过例如如下方式确定所述移位来确定空行程和针阀行程：检测切线311（也就是说曲线区段310的外延部）和曲线区段314之间或切线315（也就是说曲线区段314的外延部）和曲线区段318之间的距离。

关闭过程以类似的方式但反向地进行：磁力首先沿着曲线区段320减小。然后针阀和衔铁一起从极片移动离开，并然后衔铁移动离开针阀直到其在液压盘上的不工作的位置。这两种移动沿着曲线区段322进行。最后，磁力进一步沿着曲线区段324减小。

为了记录特征曲线300，用低压（例如10V）驱动喷射器，使得空行程移动和针阀移动被分开成两个单独的移动。由于低驱动电压，产生低磁力。在弹簧110的力已被克服之后发生空行程移动（沿着曲线区段312）。衔铁104朝向针阀106移动，并且与针阀106一起保持不工作的状态，因为校准弹簧132的力反作用于该移动。由于磁力的进一步增大，校准弹簧132的力被克服，并且衔铁104和针阀106移动（沿着曲线区段316）直到衔铁104变成抵靠极靴112而静止。

行程值由移动之前的曲线区段和移动之后的曲线区段的差给出。换句话说，空行程可以通过确定切线311（也就是说曲线区段310的外延的延续部）和曲线区段314之间的流量差（在给出合适的电流强度的情况下）来确定。以同样的方式，针阀行程可以通过确定切线315（也就是说曲线区段314的外延的延续部）和曲线区段318之间的流量差（在给出合适的电流强度的情况下）来确定。可能的估值将例如是确定在2A（~0.0004 Wb）时的PSI值的差并然后乘以一个系数。在该示例中，系数125000 µm/Wb 然后将导致50 µm (0.0004 Wb*125000 µm/Wb = 50µm)的空行程。

特征曲线300可以通过测量流动通过线圈102的电流和施加到线圈102的电压来确定，也可以通过从电流、电压和线圈102的电阻计算互连磁通量Ψ来确定。所测量的电压u(t)由电阻分量(i(t)*R)和电感分量(u_ind(t))组成。这里，电感电压从互连磁通量对时间的导数计算，其中，Ψ取决于电流i(t)和气隙x(t)的变化。

。

对于慢速致动而言，由于电流变化而导致的电感的“磁”分量是小的。

。

由于衔铁移动而导致的电感的“机械”部分因此描述了燃料喷射器的行程（空行程和/或工作行程）。

通过移项和积分，互连磁通量可以如下计算：

。

图4示出了根据本发明的用于确定具有电磁驱动器的燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间的方法的流程图。所述第一预定状态可以是例如OPP1。

在步骤410中确定燃料喷射器处于第二预定状态时的第二时间。所述第二预定状态可以是例如OPP2。

在步骤420中确定燃料喷射器的移动部件的行程值，行程值对应于移动部件的移动路径，移动路径在燃料喷射器在第一预定打开状态和第二预定打开状态之间转变时被覆盖。行程值可以是例如针阀行程的值。

然后在步骤430中基于第二时间和行程值确定燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间。

第一时间优选地可以使得步骤420中所确定的行程值和参考行程值（例如由制造商预指定的行程值）之间的差得到确定。换句话说，行程值中当前的偏差得到确定。所确定的第二时间然后取决于所确定的差得到校正。这可以例如使用校正系数来完成，即：

T2k = T2 - k*D。

这里，T2是第二时间，T2k是经校正的第二时间，k是校正系数，并且D是所述差。

参考图2所示的各值，这给出T2k = 38 µs - 1.7 µs/µm * 20 µm = 4 µs。这里校正系数是k = 34 µs/20 µm = 1.7 µs/µm。

在校正第二时间之后，然后可以使用在所述两个时间之间已知的关系确定所述第一时间，也就是说，以相同的方法就像所述针阀行程等于所述参考值那样。

总的来说，本发明建立了简单且容易实施的方法，并且通过这种方法可以取决于所述行程值的变化（例如由于磨损）实现准确的喷射量。

附图标记清单

100 燃料喷射器

102 线圈

104 衔铁

106 针阀

108 液压盘（Hydro-Disc）

110 弹簧

112 极靴

114 空行程

116 阀主体

118 集成的座部导轨

120 滚珠

122 密封件

124 壳体

126 塑料件

128 垫圈

130 金属过滤器

132 校准弹簧

210 图

212 衔铁位置随时间的变化

214 衔铁位置随时间的变化

220 图

222 针阀位置随时间的变化

224 针阀位置随时间的变化

230 图

232 喷射速率随时间的变化

234 喷射速率随时间的变化

300 Ψ-I特征曲线

310 曲线区段

311 切线

312 曲线区段

314 曲线区段

315 切线

316 曲线区段

318 曲线区段

320 曲线区段

322 曲线区段

324 曲线区段

410 方法步骤

420 方法步骤

430 方法步骤。

Claims (9)

1.一种用于确定具有电磁驱动器的燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定所述燃料喷射器处于第二预定打开状态时的第二时间，

确定所述燃料喷射器的移动部件的行程值，所述行程值对应于所述移动部件的移动路径，当所述燃料喷射器在所述第一预定打开状态和所述第二预定打开状态之间转变时所述移动路径被覆盖，以及

基于所述第二时间和所述行程值确定所述燃料喷射器处于所述第一预定打开状态时的所述第一时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述行程值包括以下步骤：

检测当所述燃料喷射器的致动发生时表示所述电磁驱动器中的互连磁通量和电流强度之间的关系的数据集，以及

分析所述数据集以便确定所述行程值。

3.如权利要求2所述的方法，其中，分析所述数据集包括基于所述数据集形成特征曲线并且检测所述特征曲线的分布中的移位。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，确定所述第一时间包括以下步骤：

确定所述行程值和参考行程值之间的差，

基于所述第二时间、所述差以及校正系数确定经校正的第二时间，以及

基于所述经校正的第二时间以及所述第一预定打开状态和所述第二预定打开状态之间预定的关系确定所述第一时间。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述燃料喷射器的第一预定打开状态是打开阶段的开始，并且其中，所述第二预定打开状态是所述打开阶段的结束。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述移动部件是针阀，并且其中，所述行程值是针阀行程值。

7.一种用于致动具有电磁驱动器的燃料喷射器的方法，所述方法包括：

执行如权利要求1-6中的任一项所述的用于确定所述燃料喷射器处于第一预定打开状态时的第一时间的方法，以及

基于所确定的第一时间驱动所述燃料喷射器，其中，如果确定所述第一时间晚于或早于参考时间发生，则减小或增大在施加用于打开所述燃料喷射器的激发电压和施加用于关闭所述燃料喷射器的电压之间的持续时间。

8.一种用于车辆的发动机控制器，所述发动机控制器设计成使用如权利要求1-7中的任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序由处理器运行时，所述计算机程序设计成执行如权利要求1-7中的任一项所述的方法。

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