CN109312680B - 控制燃料喷射器的工作的方法 - Google Patents

Abstract

控制燃料喷射器的工作的方法。所述致动器通过向所述螺线管施加激活脉冲模式来工作，该方法包括：a)在继阀门开启阶段之后的阀门闭合阶段的时段中，测量所述螺线管两端的电压或者通过所述螺线管的电流；b)根据步骤a)确定至少一个参数；c)基于步骤b)的所述参数，在所述燃料喷射器的后续激活/燃料加注周期中，控制并改变所述激活脉冲模式。

Description

控制燃料喷射器的工作的方法

技术领域

本公开涉及控制燃料喷射器的致动的方法。其特别但非排它地应用于在初始开启螺线管控制燃料喷射器阀之后控制其闭合的方法。

背景技术

螺线管致动燃料喷射器通常受到发送至燃料喷射器螺线管的致动器的脉冲来控制，所述脉冲用于开启燃料喷射器阀并允许分配燃料。这种致动器用于(经由致动器的电枢)移位阀门的枢轴(pintle)和针(needle)排布结构，以将针移离阀座。在这种状态下阀门开启，并且在脉冲下降时，致动器没有动力，阀门被推动到闭合位置。

脉冲模式(profile)可以变化并且可以包括一系列脉冲以操作螺线管。可能存在初始激活(升压)脉冲，为了开始将针头移离阀座而提供该脉冲，此后，该脉冲以及由此的致动器功率减小-因此在短时间之后可以接着是“保持”阶段，其中施加降低的功率水平以使阀门保持在开启位置。这些脉冲可以被视为燃料加注(fueling)脉冲。此后，脉冲和该电压降低以闭合阀门。这之后可以是一个或更多个制动脉冲，用于在闭合时减慢枢轴和针的移动。

所以回顾一下，为了允许鲁棒的开启，螺线管驱动(例如，汽油直接)的喷射器通常用略微过量的电能给螺线管线圈加电。线圈在第一阶段利用升压电压通电，以使电枢从关闭加速至开启。通常，这样的第一阶段之后是第二个明确定义的能量供应(或“保持”)阶段，其特征在于将阀门的到达开启位置保持所需时间。

一种发展趋势是，减少螺线管驱动阀的从闭合到开启的时间以及从开启到闭合的时间，并以显著更低的成本模仿竞争的压电驱动喷射器阀的性能。目的是精确分配较低的燃料质量量。在非常低的燃料加注情况下，螺线管驱动阀以所谓的过渡模式工作，而不是弹道(ballistic)或线性模式，这意味着阀门不会在开启位置停留，而是在达到稳态开启位置之前部分地朝着闭合方向移动。如果在这种弹跳(bouncing)期间启动闭合，则会导致枢轴和电枢的动态变化的闭合速度。结果，其引起与刺激相关的非线性燃料加注。而且，速度相关动态摩擦被认为是加速磨损的一个原因，其刺激运动部件的可观察的粘滑效应，并且可以因改变通过弹跳刺激的闭合速度而引起。同样，如果没有用重要的计算工作(ICLC)来解决，那么其包括难以克服的部件至部件变化。这些现有技术的装置在这个所谓的过渡阶段期间具有显著部件至部件燃料变化，其限制了在这些条件下的可用性并由此绘制了与竞争的(压电)喷射器推进技术的明显分化线。要解决的技术方面是控制线圈的供电驱动调度，由此控制电枢和枢轴在从闭合到开启的过渡期间的速度，从而减小弹跳的动量。

本发明的目的是克服这些问题。

发明内容

在一个方面，提供了一种控制经螺线管激活燃料喷射器的工作的方法，所述致动器通过向所述螺线管施加激活脉冲模式来工作，该方法包括：a)在继在阀门开启阶段之后的阀门闭合阶段的时段中，测量所述螺线管两端的电压或者通过所述螺线管的电流；b)根据步骤a)，确定至少一个参数；c)基于步骤b)的参数，在所述燃料喷射器的随后激活/燃料加注周期中，控制并改变所述激活脉冲模式。

步骤b)可以包括以下步骤：i)在所述时段中，对所述电压或电流求和；并且步骤c)可以包括：ii)基于来自步骤i)的和，在所述燃料喷射器的随后激活/燃料加注周期中，控制并改变所述激活脉冲模式。

在步骤i)中，求和的电压或电流可以提供平均闭合速度的量度。

步骤ii)可以包括改变所述激活脉冲模式的初始激活/升压脉冲的能量。

步骤ii)可以包括改变所述激活脉冲模式的初始激活/升压脉冲的量值或持续时间。

步骤i)可以包括在闭合阶段中对所述线圈关断电压求和。

步骤ii)可以包括：对来自步骤b)的所确定的和进行比较，并且与目标值或目标范围(band)进行比较，并且基于所述比较，在随后的激活/燃料加注周期中改变所述激活脉冲模式。

步骤ii)可以包括：如果所述和大于所述目标/目标范围，则减小所述激活脉冲的电平或缩短所述激活脉冲的持续时间。

在步骤b)中，所述参数可以是闭合电压(电压衰减)达到电压阈值所需的时间。

附图说明

下面，借助于示例并参照以下附图对本发明进行描述：

图1示出了典型激活脉冲；

图2a示出了针对不同脉冲宽度的枢轴位移随时间的变化；

图2b示出了对于图2a的对应条件/脉冲宽度来说，针对脉冲宽度(激活/升压脉冲)分配的燃料质量；

图3a和图3b示出了流动曲线的多个阶段的进一步表示，并且示出了与图2a和图2b类似的标绘图；

图4a和图4b示出了在不同激活方案的情况下不同脉冲宽度的枢轴位移曲线；

图5示出了不同喷射器激活时间(脉冲宽度)的电压衰减曲线；

图6示出了控制框图，示出了可以如何实现方面的示例；

图7a示出了闭合/衰减期间的电压总和如何随着驱动与脉冲宽度的变化而变化，图7b示出了喷射的燃料质量与脉冲宽度之间的对应关系；

图8示出了可以如何确定目标总和的示例；

图9示出了所附的标绘图，示出了脉冲结束直到电压衰减达到阈值之间所需的时间分布。

具体实施方式

图1示出了在燃料加注(工作)周期中发送至螺线管控制燃料喷射器的典型激活脉冲1。所示参数是例如在螺线管端子两端施加的电压。可以看出，存在初始高激活或“升压”脉冲2。该脉冲用于提供将电枢/枢轴排布结构从其闭合位置移动/加速至开启位置所需的力。在此之后是较低的保持阶段(脉冲)3，其中施加低电压以使阀门保持在开启位置。此后，电压降低(施加负脉冲)，阀门开始闭合。在此期间，螺线管端子两端的电压衰减。

如上所述，在非常低的燃料加注情况下，螺线管驱动阀以所谓的过渡模式运行，而不是弹道或线性模式，这意味着阀门不会在开启位置停留，而是在达到稳态开启位置之前部分地朝着闭合方向移动。如果在这种弹跳(bouncing)期间启动闭合，则会导致枢轴和电枢的动态变化的闭合速度。结果，其引起与刺激(即，脉冲模式参数)相关的非线性燃料加注。这在图2a中示出。图2a示出了不同脉冲宽度的枢轴位移随时间的变化。用标号4指定的标绘图示出了弹道模式的操作，标号5示出了过渡模式的移动，而标号6示出了线性模式的移动。过量的线圈激励(例如，对于高脉冲宽度来说)导致电枢/枢轴在全开终端挡板处的高冲击速度。

由于该动量，枢轴将从该开启位置反弹回来-参见图2a、图3a及图4a。

对于更长的开启时间，由电流引起的Lorenz力将电枢/枢轴拉回到开启位置，从而达到稳态开启状态。

图2b示出了对于图2a的对应条件/脉冲宽度来说，针对脉冲宽度(激活/升压脉冲)分配的燃料质量。在其中枢轴尚未达到完全开启行程的所谓弹道模式(短喷射脉冲)与线性模式之间的过渡期间，枢轴的弹跳使得(喷射的)燃料质量/脉冲宽度曲线在该区域中具有特定的非线性关系，并且有时特征在于为非一对一特征的燃料质量曲线。这有时被称为勺子效应，如图2b的区域A所界定的曲线区域所示。

图3a和图3b示出了流动曲线多个阶段的进一步表示，并且示出了与图2a和2b类似的标绘图。

如上所述，这种低量的燃料加注行为是已知的并且被称为“勺子效应”(图2b/图3b中的圆圈A所示)和每个燃料质量曲线的一部分-勺子效应是有害的，因为其导致燃料分配与脉冲宽度之间关系的非线性。此问题的标准解决方案和工作是从推进线圈中提取电流和/或电压。利用这些手段，应用现象学模型(简单的级联低通滤波器)来预测平均任意但唯一的闭合事件(参数1)，并预测最小燃料供给脉冲宽度(参数2)。而该第二个参数描述了第一个参数的数值可实现的技术极限。在大多数类似的环境条件下，该结果足以用于有限的一组类似喷射器阀。在每个喷射器的主供给脉冲之前和在发动机运行期间，从一系列小的导频脉冲里面用实验方法发现最小供给脉冲。用开启检测事件来替代它是足够独特的。此后，燃料加注是所找到的替代者和闭合时间的时间标记的函数。这不太理想。

图4a和图4b示出了不同脉冲宽度的枢轴位移曲线：图4a是标准驱动方案，图4b是减少致动能量(手动调节)。图4b示出了具有峰值电流减小的模式的枢轴位移曲线。

该问题在于在伴随弹跳的过渡阶段内燃料加注的鲁棒性。而且，在有意义的低燃料加注水平下为更大的喷射器群找到合适的校准参数的问题。最后，根本原因没有得到解决。

已尝试通过算法来减轻有害影响，该算法通过在闭合期间分析喷射器电压的二阶导数并从而提取技术冲击(technical jerk)的时间或者通过分析高频压力传感器信号来检测因该影响而造成的闭合时间变化。其用作长期校正。

本发明各个方面提供了对所施加源的喷射器电流(即，脉冲模式)的控制，以在开启期间减少过多的能量，同时仍然保证枢轴的正确开启。在示例中，激活(升压脉冲)的电平和/或持续时间是变化的。

在一个方面，通过在闭合阶段中分析线圈关断电压来提供该反馈信息。在线圈关断事件期间，存储的磁能自然衰减，并且Lorenz力引起额外的速度比例电压-参见图5，示出了闭合电压(衰减)的标绘图，其为清楚起见，针对不同的脉冲宽度进行了反转(这实际上是图1中的区域A的更详细展开)。因此，该标绘图示出了不同喷射器激活时间(脉冲宽度)的电压衰减曲线。

在简单的实施方式中，通过在该闭合/衰减事件期间对电压进行采样并且在时段内对电压/电流(螺线管端子两端或通过螺线管端子)进行积分(即，确定电压和)来编译反馈信息。已确定该电压和与平均闭合速度(ACS)成比例。已确定ACS在长脉冲宽度下是恒定的，并且在弹跳起作用时具有强过冲。而且，其在没有燃料供给(相应地，阀门未开启)的脉冲宽度处逐渐消失，但电能被提供给线圈。稍后将参照图7a和图7b更详细地解释这一点。因此，在本发明的各个方面中，开启(阶段)的特征根据闭合的特征(具体来说，衰减期间(闭合阶段)电压的积分)来确定。

平均闭合速度或由所述集成确定的度量提供有关开启的性质(具体来说，弹跳)的有用信息。

本质上，在基本示例中，对于开启阶段来说，施加至致动器的升压电压/电流(脉冲模式的激活脉冲的)的电平和/或其持续时间根据平均闭合速度的量度改变，或者换句话说，根据在闭合/衰减事件的适当时间窗口期间确定的测量电压总和而改变。可以改变激活(升压)脉冲的宽度或其量值(高度)，以使闭合期间的电压和处于阈值带内。

过冲区域是可以通过任何合适的控制减小或增加所提供的峰值驱动电流来满足设定点的区域。图6示出了控制框图，其示出了可以如何实现方面的示例。测量或确定闭合/衰减阶段期间的电压和并将其与目标值进行比较。使用任何不一致(即，差异)来调整激活脉冲的电平或宽度。可以应用比例和积分控制(PI控制)，但是技术人员将容易地知道可以使用的其它控制方案。

结果是在控制过渡阶段期间的动量的情况下，控制针对螺线管推进器的能量供应，从而实现在分配低燃料量的同时消除明显非线性的根本原因。控制致动例如可以在分析线圈关断电压并提取ACS(例如，按较高的致动时间)之后，按时间顺序来应用。这里的控制手段针对实际脉冲的后续(跟随)脉冲而非闭环来进行校正。换句话说，存在致动一个或更多个脉冲的学习阶段，并且根据来自先前脉冲的信息/反馈来控制后续脉冲。

在特定例中，在关断对线圈的能量供应之后，电子控制板的专用机构可以通过二极管将线圈的大部分存储磁能恢复到存储电容器中。剩余的线圈电压在线圈两端的零伏特进一步衰减成稳态。在此事件期间的电枢运动引起速度比例电压。根据一方面，利用ACS控制恒定设定点因此用作动量冲击速度控制(MiSC：momentum impact speed control)。

数学背景

喷射器推进力与任何激活来说必须满足方程1的关系。这意味着对线圈的供应能量必须足够大才能满足内在能量存储、损耗并仍然提供其主要功能，即，在目标时间内将电枢和枢轴质量从零位置(阀门闭合位置)移动至全行程(阀门开启位置)，方程2。

E_in>E_stored 方程1

在电枢和枢轴在希望时间到达希望的阀门开启位置的情况下，因为从最大v＝v_max到v＝0速度的突然变化，所以联合质量(associate mass)正在释放先前储存动能。利用该假设，动能转换成动量(方程3)，附加的瞬态力(方程4)作用于弹簧力的方向。

该过渡阶段的力平衡在方程5中描述。

F_momentum+F_spring＝F_magnetic 方程5

如果阀门关断(F_magnetic＝0)，则方程5描述了针对从开启到闭合的移动的起始边界条件，并影响峰值闭合速度。因此，该最大闭合速度是阀门关断事件时刻的动量的可靠函数。

可以利用方程6的基本电气关系在线圈关断阶段期间测量平均闭合速度。

方程6描述了当电枢正在移动并且贡献有感应电压时跨线圈的耗尽磁场的衰减电压。方程7是方程6的变换，同时用电枢和枢轴的闭合速度替换随时间的间隙变化。如果闭合速度达到v＝0，则线圈两端的可测量的剩余电压是由尚未完全耗尽的磁场引起的。

通过计算该阶段期间所有电压数据点的和，可以命名平均闭合速度，方程8。

通过简单地对闭合电压求和，可以针对任何喷射器脉冲来计算该平均闭合速度。本发明的各个方面使用该特征作为反馈信号，以通过改变输入到开启电流来控制和影响输入能量。

观察到电枢的移动在线圈关断阶段期间改变电压衰减的形状(参见图5)。较高的电枢速度在电压曲线中产生更强的弯曲。当喷射器关断以使磁力在枢轴撞到完全开启终端挡板之后逐渐消失时，其通过弹簧力和动量来加速。这导致较高的闭合速度，从而在电压曲线中产生更强的弯曲。

进一步的示例

各个方面使用闭合阶段期间喷射器电压读数的和作为控制变量-参见图7a，其示出了在闭合/衰减期间电压之和如何随着致动与脉冲宽度的关系而变化。可以看出，可以实现这样的控制策略，即，闭合期间的电压之和处于一范围内，即，处于由虚线所示的严格限制之间。在该图中，这对应于例如脉冲宽度0.8ms，如垂直线所示。因而，在控制算法中，可以以这样的方式来调节喷射器峰值电流(或持续时间)，即，电压(或电流)读数的和(～平均闭合速度)保持在给定脉冲宽度的目标公差范围中。这是通过改变激活(升压)脉冲的量值和/或持续时间来实现的。图7b示出了喷射的燃料质量与脉冲宽度之间的对应关系。

确定后续控制中使用的目标设定点

如示例中所述，例如按高脉冲宽度确定ACS的量度，并在反馈控制方法中使用，以确定针对每个喷射器的目标设定点。目标电压和可以通过实验或其它方法来确定。

图8示出了可以如何确定目标和的示例。该图示出了电压和(闭合)与脉冲宽度的关系。在该方法中，应用标准驱动方案。当施加具有例如大于1.5ms的脉冲宽度的脉冲时，测量电压和(Vsum_long)。当脉冲短时，例如命令了0.3ms到1ms，确定最大测量电压和(Vsum_max)。可以根据这些数据来估计目标电压和。在示例中，目标和电压如下：

Vsum_target＝Vsum_long+(Vsum_max–Vsum_long)*K_Vsum_safety_factor

本发明的各个方面通过减小线圈电流来减小弹跳效应，从而保持闭合时间恒定。可以在流动曲线的线性阶段期间针对每个喷射器确定目标闭合电压和，并且可以从低侧喷射器电压测量计算反馈电压总和，因为其现在已经在许多控制器中实现。电压总和与闭合速度成比例。其可以经由软件或者采用具有可控复位的硬件集成电路来确定。闭合速度与冲击速度之间的相关性可以通过在因过多供应能量而造成的开启弹跳期间使用动量模型来导出。

补偿脉冲宽度以便校正因弹跳后不同的闭合速度而造成的燃料质量非线性的现有技术方法通常利用电压的经低通滤波的二阶导数曲率的特征元素(过零点、高平坦宽度(plateau flat-width)…)，基于现象学模型来测量衰减电压并提取闭合时间事件。如果计算出这样的特征元素低于阈值，则其指示现象学模型的极限并且用于按最小递送脉冲来限定最小可控燃料质量。通过改变阈值和滤波器常数来定义模型参数值(校准算法参数)以实现有意义的低燃料质量限制，同时具有相似的大量喷射器。现有技术的燃料质量补偿需要大量的计算资源用于滤波和微分计算，以便确定闭合时间。校准参数对于喷射器、发动机控制器单元以及软件线圈驱动调度的部件到部件变化非常敏感。本发明的各个方面以这样的附加优点来控制闭合时间，即，减少因降低的冲击速度和降低的速度相关摩擦以及由此的粘滑效应而造成的机械电枢和枢轴接触面的磨损。

一般来说，在闭合期间从电压衰减曲线中减去的任何其它特征信号可以被用作针对峰值电流控制的反馈信号，例如，闭合电压(电压衰减)达到某一电压阈值所需的时间。

图9示出了所附的标绘图，示出了针对不同脉冲宽度，脉冲结束直到电压衰减达到阈值(例如，55V(Trig2Sych))之间所需时间的分布。

这些时间与脉冲宽度的关系标绘图类似于Vsum曲线与脉冲宽度的关系标绘图。

Claims (6)

1.一种控制燃料喷射器的工作的方法，所述燃料喷射器包括通过受到螺线管控制的致动器致动的阀门，通过向所述螺线管施加激活脉冲模式(1)使所述致动器工作，所述方法包括：

a)在继阀门开启阶段之后的阀门闭合阶段(A)的时段中，测量所述螺线管两端的电压；

b)确定所述激活脉冲模式(1)的至少一个参数，并且对所述时段中的所述电压求和；

c)基于来自步骤b)的和，在所述燃料喷射器的后续激活/燃料加注周期中，控制并改变所述激活脉冲模式(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)包括改变所述激活脉冲模式(1)的初始激活/升压脉冲(2)的能量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤c)包括改变所述激活脉冲模式(1)的所述初始激活/升压脉冲(2)的量值或持续时间。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，步骤c)包括：将来自步骤b)的所确定的和与目标值或目标范围进行比较，并且基于所述比较，在后续激活/燃料加注周期中改变所述激活脉冲模式(1)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤c)包括：如果所述和大于所述目标值/目标范围，则减小所述初始激活/升压脉冲(2)的电平或缩短所述初始激活/升压脉冲(2)的持续时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)中，所述参数是闭合电压达到电压阈值所需的时间。

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