CN108138683A - 燃料喷射器的喷射量的精确确定 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于确定机动车辆的内燃发动机的具有电磁驱动器的燃料喷射器的喷射量的方法。方法包括以下：（a）确定（510）燃料喷射器的喷射过程开始的第一时间，（b）确定（520）燃料喷射器的喷射过程结束的第二时间，（c）基于第一时间和第二时间计算（530）模型，该模型表示作为时间的函数的燃料喷射器的喷嘴针的位置，以及（d）基于模型以及喷嘴针的位置与通过燃料喷射器的通流速率之间的关系，计算（540）喷射量。

Description

燃料喷射器的喷射量的精确确定
本发明涉及致动燃料喷射器的技术领域。尤其，本发明涉及用于确定机动车辆的内燃发动机的具有电磁驱动器的燃料喷射器的喷射量的方法。本发明还涉及用于致动具有电磁驱动器的燃料喷射器的方法，其中，致动基于根据本发明所确定的喷射量。本发明还涉及设计成执行根据本发明的方法的发动机控制器及计算机程序。
为了将燃料喷射到诸如例如气缸的燃烧室中，可使用诸如例如电磁阀或电磁喷射器的燃料喷射器。这种电磁喷射器（也称为线圈喷射器）具有线圈，当电流流动通过线圈时，线圈产生磁场，因此对衔铁施加磁力，使得衔铁移动，从而导致喷嘴针或关闭元件打开或关闭，用于打开或关闭电磁阀。如果电磁阀或电磁喷射器在衔铁与喷嘴针之间或者在衔铁与关闭元件之间具有所谓的空行程，则衔铁的移动也不会立即引起关闭元件或喷嘴针的移动，而是仅在衔铁移动通过空行程的大小已经被完成之后，才引起关闭元件或喷嘴针的移动。
当对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，由于机械联接（例如，机械接触），喷嘴针或关闭元件同样也移动，且随着对应的移位，喷射孔打开，用于将燃料供给到燃烧室中。如果电流还流动通过线圈，则衔铁和喷嘴针或关闭元件继续移动，直至衔铁到达极片或抵靠极片停住为止。衔铁在关闭元件或喷嘴针的支承部上的止动与衔铁在极片上的止动之间的距离也称为针行程或工作行程。为了关闭燃料喷射器，施加到线圈的励磁机电压被切断并且线圈被短路，使得磁力消失。由于存储在线圈中的磁场消失，因此线圈短路导致电压极性反转。电压的水平由二极管限制。由于例如由弹簧提供的返回力，因此喷嘴针或关闭元件（包括衔铁）移动到关闭位置。这里，空行程和针行程以相反的顺序运行。
对于短的喷射时间，甚至在衔铁停止在极片上之前，关闭过程就开始了，因此针的移动于是形成弹道轨迹的形状。
燃料喷射器打开时开始针移动的时间（也称为OPP1）对应于喷射的开始，并且燃料喷射器关闭时结束针移动的时间（也称为OPP4）对应于喷射的结束。因此，这两个时间决定了喷射的液压持续时间。因此，对于相同的电气致动，对于针移动开始（打开）以及针移动结束（关闭）的喷射器特有的时间变化可导致不同的喷射量。
根据现有技术，常常通过将液压持续时间与假设的恒定通流速率相乘来估算喷射量。在短的喷射时间的情况下，例如结合多次喷射的短的喷射时间，尤其在针移动形成弹道轨迹形状的情况下，这样的估算不能确保所需的精度，该所需的精度即能够通过多个燃料喷射器设置一致的喷射所需的精度。
本发明基于获得一种用于精确确定燃料喷射器的喷射量的改进的方法的目标。
该目标通过专利独立权利要求的主题来实现。从属权利要求中描述了本发明的有利的实施例。
根据本发明的第一方面，描述了一种用于确定机动车辆的内燃发动机的具有电磁驱动器的燃料喷射器的喷射量的方法。所描述的方法包括以下：（a）确定燃料喷射器的喷射过程开始的第一时间，（b）确定燃料喷射器的喷射过程结束的第二时间，（c）基于第一时间和第二时间计算模型，该模型表示作为时间的函数的燃料喷射器的喷嘴针的位置，以及（d）基于模型以及喷嘴针的位置与通过燃料喷射器的通流速率之间的关系来计算喷射量。
所描述的方法基于以下认识，即：可基于表示作为时间的函数的喷嘴针的位置的模型以及喷嘴针的位置与通过燃料喷射器的通流速率之间的关系来执行喷射量的精确确定。换言之，对喷嘴针在喷射过程期间的移动建模，并且将其与依赖于该移动的通流速率一起考虑。喷嘴针的位置和喷嘴孔的几何形状确定了燃料喷射器的开口的尺寸，且因此（与诸如压力、温度等的其它参数一起）确定了通过燃料喷射器的瞬时通流速率。
在该文献中，“喷射过程”尤其指的是致动燃料喷射器中的燃料实际喷射的部分。
在该文献中，“模型”尤其指的是表示物理系统的行为的数学模型。
在该文献中，“喷射量”尤其指的是在单独喷射过程期间所喷射或输出的全部燃料量，即在第一时间与第二时间之间所喷射或输出的全部燃料量。
可利用根据现有技术已知的方法以不同的方式执行第一时间（喷射开始，也称为OPP1）和第二时间（喷射结束，也称为OPP4）的确定，例如基于机构与磁路之间的涡流操作的耦合，磁路产生基于机构移动的反馈信号。由于喷嘴针和衔铁的移动，在衔铁中感应出与速度相关的涡流，这也导致在电磁回路上的反馈。根据移动的速度，在螺线管中感应出电压，该电压叠加在致动信号上。
有利地，可利用适合的数值方法在发动机控制单元中进行时间的确定以及模型和喷射量的计算。
根据本发明的一个示例性实施例，模型具有第一参数和第二参数，其中第一参数被分配到函数的线性部分，并且第二部分被分配到函数的二次项部分。
换言之，模型具有二（2）阶多项式函数，其表示或逼近作为时间函数的喷嘴针的位置。
根据本发明的另外的示例性实施例，基于预先确定的数据，尤其模拟数据以及第一时间，计算模型的第一参数。
换言之，使用预先例如以表格形式存储的数据，例如表示第一参数与第一时间之间关系的模拟数据。例如，可利用有限元方法（FEM）产生模拟数据。
根据本发明的另外的示例性实施例，基于第一参数以及第一时间与第二时间中的至少一个，计算第二参数。
换言之，为了确定第二参数，先前已经确定的第一参数与第一时间和/或第二时间一起被使用。尤其，这里可利用如下事实，即函数将在第一时间和/或第二时间时产生诸如例如零的可预测值。
根据本发明的另外的示例性实施例，模型具有函数，其中y(t)表示喷嘴针的位置，vy0表示第一参数，g表示第二参数，并且t表示时间。
因此，模型具有函数y(t)，函数y(t)表示具有初始速度vy0和恒定加速度（力）g的一般移动方程。因此，第一参数vy0在第一时间（针移动开始）时尤其受到空行程、磁力、弹簧力等的影响，其中，第二参数g描述在针移动期间发生的力，例如弹簧力、液压力、摩擦、阻尼、磁力等。
如果第一参数已知，可解析地计算第二参数。函数y(t)必须在第二时间（喷射结束，OPP4）时等于零，利用以上事实：
。
根据本发明的另外的示例性实施例，喷嘴针在喷射过程期间的移动基本上构成弹道轨迹。
因此，该示例性实施例涉及这样的喷射时间，即喷射时间如此短以致于衔铁和喷嘴针没有撞在极片上。在这种情况下，模型完全由以上描述的函数y(t)确定，从某种意义上说，喷嘴针在喷射期间的整体移动由函数y(t)确定。
需要注意的是，如果衔铁和喷嘴针到达极片，即如果针移动仅部分地构成弹道轨迹，则函数y(t)也可用作模型的一部分。在该情况下，函数y(t)可用于计算用于另外的模型或模型的多个部分的边界条件。
总而言之，以上描述的方法允许简单且精确地确定具有电磁驱动器的燃料喷射器致动期间的喷射量。方法尤其好地适于弹道操作，并可在具有空行程的燃料喷射器和在不具有空行程的燃料喷射器两种情况下被使用。
根据本发明的第二方面，描述了一种用于致动具有电磁驱动器的燃料喷射器的方法。所描述的方法包括以下：（a）执行根据第一方面或前述示例性实施例中的一个的用于确定燃料喷射器的喷射量的方法，以及（b）基于所确定的喷射量来致动燃料喷射器，其中，尤其是，如果确定喷射量比参考喷射量更大或更小，则减少或增加用于打开燃料喷射器的助推电压（boost voltage）施加与用于关闭燃料喷射器的电压施加之间的持续时间。
利用该方法，可能的是，通过利用根据第一方面的方法，以简单且可靠的方式精确地计算准确的喷射量，并使用其来修正致动。尤其，在喷嘴针形成弹道轨迹形状的短喷射时间的情况下，可以以高的精度确定喷射量。
根据本发明的第三方面，描述了一种用于车辆的发动机控制器，该发动机控制器配置成执行根据第一方面、第二方面和/或以上示例性实施例之一的方法。
通过利用根据第一方面的方法，该发动机控制器使如下成为可能：以简单且可靠的方式实现各单独的燃料喷射器的实际喷射量的精确确定，并且在适当的情况下修正所述喷射量。
根据本发明的第四方面，描述了计算机程序，当其通过处理器执行时，该计算机程序设计成执行根据第一方面、第二方面和/或以上示例性实施例之一的方法。
根据该文献，该计算机程序的指定等同于术语“程序元件”、“计算机程序产品”和/或“计算机可读介质”，其含有用于控制计算机系统的指令，以便适当地协调系统或方法操作的模式，从而实现与根据本发明的方法相联系的效果。
计算机程序可以以诸如例如JAVA、C++等的任何适合的编程语言实施成计算机可读指令代码。计算机程序可存储在计算机可读存储介质（CD Rom、DVD、蓝光光盘、磁盘驱动器、易失性或非易失性存储器、安装存储器/处理器等）上。指令代码可编程计算机或其它的可编程装置，尤其诸如用于机动车辆的发动机的控制单元，以这样的方式使得期望的功能被执行。此外，计算机程序可在诸如例如因特网的网络中获得，当需要时，可由用户从因特网下载该计算机程序。
本发明可借助于计算机程序（即软件包）以及借助于一个或更多个专用电路（即利用硬件）两者来实施，或利用任何期望的混合形式，即借助于软件部件和硬件部件。
应注意的是，已经参考本发明的不同主题描述了本发明的实施例。尤其，本发明的一些实施例通过方法权利要求的方式来描述，并且本发明的其它实施例通过装置权利要求的方式来描述。然而，在阅读该申请之后，本领域技术人员立即明了的是，除非另外清楚地陈述，否则除了与本发明的一种类型的主题相关的特征的组合之外，与本发明的不同类型的主题相关的特征的任何组合也是可能的。
可在随后的优选实施例的示例性描述中发现本发明的另外的优点和特征。
图1示出具有电磁驱动器的燃料喷射器的截面视图。
图2示出在燃料喷射器的弹道操作情况下，作为时间的函数的针位置的图示。
图3示出喷射的开始（OPP1）与模型参数之间关系的图示。
图4示出针位置与喷射器通流速率之间关系的图示。
图5示出根据本发明的方法的流程图。
应注意的是，以下描述的实施例仅是本发明的可能的变型实施例的有限选择。
图1示出了通过具有电磁驱动器（电磁喷射器）的燃料喷射器100的截面视图。尤其，喷射器100具有带线圈102和衔铁104的电磁驱动器。如果对线圈102施加电压脉冲，则磁衔铁104沿喷嘴针106的宽的部分的方向移动，并然后迫使其向上，在克服空行程114（抵抗弹簧110的力）之后，抵抗由弹簧110和132施加的弹簧力，直至衔铁104撞在极靴112上为止。在电压脉冲结束之后，衔铁104和喷嘴针106再次向下移动到液压盘108处的初始位置。
图1中所示的电磁喷射器100具有本身已知且对于本发明仅具有较小重要性的多个特征，且因此不被详细描述。这些特征尤其包括阀体116、整体的座引导装置118、球120、密封件122、壳体124、塑料件126、盘128、金属过滤器130和校正弹簧132。
本发明基于如下构想：利用模型计算燃料喷射器（例如以上描述的燃料喷射器100）的喷嘴针在喷射过程期间的移动，以便以高的精度计算实际喷射量，并且在适当的情况下，在随后的致动过程期间修正喷射量。以下对于如此短以致于衔铁104和喷嘴针106没有撞在极靴上的喷射，描述针移动（即作为时间的函数的针位置）的基于模型的计算。在该情况下，针移动基本上形成弹道轨迹形状。即，针位置被表示为时间的函数，如在图2中的图示210中，沿着抛物曲线212，并因此可利用二阶多项式来建立模型：
。
这里，y(t)表示喷嘴针的位置，vy0表示模型的第一参数，g表示模型的第二参数，以及t表示时间。
根据本发明，基于时间t_OPP1和t_OPP4，确定第一参数和第二参数，其中，第一时间t_OPP1对应于针移动开始（且因此对应于实际喷射过程开始），并且第二时间t_OPP4对应于针移动结束（且因此对应于实际喷射过程结束）。这两个时间优选利用来自现有技术的适合的方法确定。
尤其，基于与第一时间t_OPP1的关系，确定第一参数vy0。该关系优选借助于有限元方法（FEM）通过模拟确定，并且在发动机控制单元的存储器中例如作为表格存储在数据集中。图3示出了该关系的图示310，该关系通过模拟确定，并且被图示为曲线312。
然后，在喷射过程结束（即在时间t_OPP4）时，针位置必须等于零（针静止的位置），可利用如上事实确定第二参数g：
。
如果时间轴线限定成使得t_OPP1=0，则于是在上述公式中t_OPP1被省去。
然后，现在对于针移动所确定的模型与燃料喷射器的通流特征（即通流速率与针位置之间的关系）一起被使用，以便通过在喷射时段上（从t_OPP1到t_OPP4）对通流速率积分来计算实际喷射量。图4示出了针位置与喷射器通流速率之间的该关系412的图示410。
如果计算的喷射量偏离设定点量或参考量，则相应地调节用于随后喷射过程的致动。如果计算的喷射量超过设定点量，则例如可对应地缩短助推段（boost phase）的持续时间。
图5示出了流程图，其编辑了如上所述根据本发明的方法，用于确定机动车辆的内燃发动机的具有电磁驱动器的燃料喷射器100的喷射量。
在步骤510中，确定燃料喷射器的喷射过程开始的时间t_OPP1（第一时间）。然后，在步骤520中，确定燃料喷射器的喷射过程结束的时间t_OPP4（第二时间）。
在步骤530中，计算（例如具有以上提及的参数vy0和g）的模型，该模型表示作为时间函数的燃料喷射器100的喷嘴针106的位置y(t)。
然后，在步骤540中，基于计算的模型和喷嘴针的位置与燃料喷射器的通流速率之间的特征关系，计算精确的喷射量。
以上描述的方法优选借助于发动机控制单元中的软件执行。于是，可精确地确定燃料喷射器的实际喷射量，并且在适当的情况下，该实际喷射量可用于修正致动，无需采用另外的硬件。
附图标记列表
100 燃料喷射器
102 线圈
104 衔铁
106 喷嘴针
108 液压盘
110 弹簧
112 极靴
114 空行程
116 阀体
118 整体的座引导装置
120 球
122 密封件
124 壳体
126 塑料件
128 盘
130 金属过滤器
132 校正弹簧
210 图示
212 曲线
t_OPP1 时间
t_OPP4 时间
310 图示
312 曲线
vy0 模型参数
410 图示
412 曲线
510 方法步骤
520 方法步骤
530 方法步骤
540 方法步骤

Claims (9)

1.一种用于确定机动车辆的内燃发动机的具有电磁驱动器的燃料喷射器的喷射量的方法，所述方法包括：
确定（510）所述燃料喷射器的喷射过程开始的第一时间，
确定（520）所述燃料喷射器的所述喷射过程结束的第二时间，
基于所述第一时间和所述第二时间来计算（530）模型，所述模型表示作为时间的函数的燃料喷射器的喷嘴针的位置，以及
基于所述模型以及所述喷嘴针的位置与通过所述燃料喷射器的通流速率之间的关系来计算（540）所述喷射量。
2.如前一权利要求所述的方法，其中，所述模型具有第一参数和第二参数，其中，所述第一参数被分配到所述函数的线性部分，并且所述第二参数被分配到所述函数的二次项部分。
3.如前一权利要求所述的方法，其中，基于所述第一时间和预先确定的数据、尤其是模拟数据来计算所述模型的所述第一参数。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，基于所述第一参数和所述第一时间和所述第二时间中的至少一个来计算所述第二参数。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述模型具有函数，其中，y(t)表示喷嘴针的位置，vy0表示所述第一参数，g表示所述第二参数，并且t表示时间。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述喷嘴针在所述喷射过程期间的移动基本上构成弹道轨迹。
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：
执行如前述权利要求中任一项所述的用于确定所述燃料喷射器的所述喷射量的方法，以及
基于所确定的喷射量来致动所述燃料喷射器，其中，尤其是，如果确定所述喷射量比参考喷射量更大或更小，则减小或增加用于打开所述燃料喷射器的助推电压施加与用于关闭所述燃料喷射器的电压施加之间的持续时间。
8.一种用于车辆的发动机控制器，其中，发动机控制器配置成执行如前述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种计算机程序，当其由处理器执行时，其被设计成执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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