CN109790784B - 用于燃料喷射系统的电磁阀的功能监测 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行电磁阀(1)的方法(100)，该电磁阀用于对燃料喷射系统(3)中的燃料(2)进行配量，所述电磁阀能够通过电磁体(11)抵抗回复力(12)地操纵，其中，在所述电磁阀(1)的至少一个打开过程期间，检测流过所述电磁体(11)的电流I的时间变化过程I(t)和/或施加在所述电磁体(11)上的电压U的时间变化过程U(t)，并且由所述时间变化过程I(t)和/或U(t)分析处理(110)所述电磁阀(1)的打开时刻tON和关闭时刻tOFF，并且将所述电磁阀(1)的实际打开持续时间TT＝tOFF‑tON与参考值TR进行比较(140)；和/或在所述电磁阀(1)的至少一个打开过程期间，检测(120)通过所述电磁阀(1)的质量流dm/dt并且将所述质量流与参考值MR进行比较(142)；和/或在所述电磁阀(1)的关闭状态中，检测(130)燃料(2)经由所述电磁阀(1)的泄漏dm'/dt。所属的控制设备(5)、燃料喷射系统(3)以及计算机程序产品。

Description

用于燃料喷射系统的电磁阀的功能监测
技术领域
本发明涉及用于(尤其大型马达领域中的)燃料喷射系统中的燃料的电磁阀的运行。
背景技术
在用于借助气态燃料运行的马达的喷射系统中，通常借助电磁操纵的气体阀对燃料进行配量。如果给电磁体通电，则阀盘组抵抗由一个或多个弹簧施加的回复力运动并且释放一个或多个通流开口。为了关闭，将电流关断。然后，阀盘组被重新压到固定的阀座上，使得阀关闭。因此涉及所谓的“常闭”阀，所述阀在未通电的状态中关闭并且在此在理想情况下完全密封。这种阀例如由DE 10 2013 212 191 A1已知。
这种阀的使用寿命通常是几亿次的负载变化。使用寿命终止的主要原因是所喷射的燃料量的由磨损导致的不期望的和不受控制的增加，这由两个效应引起：一方面，磨损减小剩余气隙，从而延长了关断时间。另一方面，磨损增大行程，从而减小了阀的流动阻力。阀的使用寿命终止的另一原因可能在于燃料喷射系统的进气管的不密封性，这种不密封性由阀座与阀盘之间的密封区域中的磨损所产生。
由DE 10 2014 220 795 A1已知一种用于运行电磁阀喷射器的方法，在所述方法中，由电磁体的电压信号求取由磨损导致的过早关闭，并且通过增大电磁体的操控电流来对这一点进行补偿。
发明内容
在本发明的范畴内，已经研发出一种用于运行电磁阀的方法，该电磁阀用于对燃料喷射系统中的燃料进行配量。在此，电磁阀能够通过电磁体抵抗回复力地操纵。
根据本发明，现在采取一个或多个以下措施：
在电磁阀的至少一个打开过程期间，检测流过电磁体的电流I的时间变化过程I(t)和/或施加在电磁体上的电压U的时间变化过程U(t)。由所述时间变化过程I(t)和/或U(t)分析处理电磁阀的打开时刻tON和关闭时刻tOFF。将电磁阀的实际打开持续时间TT＝tOFF-tON与参考值TR进行比较；和/或
在电磁阀的至少一个打开过程期间，检测通过电磁阀的质量流dm/dt并且将该质量流与参考值MR进行比较；和/或
在电磁阀的关闭状态中，检测燃料经由(hindurchtretende)电磁阀的泄漏dm'/dt。
通过在打开持续时间TT上的完全控制(即尤其也检测打开时刻tON)，尤其可以避免配量过多的燃料量。这可能导致马达的爆震(Klopfen)。对于轿车马达而言足够的是：借助爆震传感器识别出超过爆震极限并且立即采取对策，然而对于大型马达来说(例如用于电流产生或作为船上的主要或辅助设备)，每次超过爆震极限都必须被避免：大型马达通过每次爆震“意识到”机械过载，并且由于其与轿车马达相比显著更长的使用寿命，所以发生如下情况的概率很高：相关账户(Konto)在某时刻已满并且马达在毫无预警的情况下失效。因为使用大型马达通常利润很高，所以这种失效是成本非常高的，并且例如当船不再能够被操作时，也可能导致危险。
由于大型马达的使用寿命更长并且所使用的电磁阀的尺寸明显更大，所以在总体上应预期到电磁阀上的明显更大的磨损。因此，与在轿车马达的情况下相比，以下效应也明显更重要相关：通过磨损使电磁阀的行程增大，并且然后这又使质量流dm/dt增大。
最后，也应以特殊的措施避免在大型马达的情况下在关闭状态中发生泄漏dm'/dt，因为在不已知进气管中的马达控制的情况下，在下一次进入时，一定量的燃料以过量的方式到达燃烧室，并且在那里可能导致超过爆震极限。
因此，根据本发明采取的措施尤其使气体运行的大型马达的运行更可靠。其方式是：严密地监测电磁阀的状态，不再需要在固定的运行时间段之后预防性地进行更换。替代地，可以根据状态情况进行维护，使得可以降低用于维护自身以及用于失效时间的成本。
替代或与通过I(t)和/或U(t)的检测组合地，例如也可以借助加速度传感器或固体声传感器来检测电磁阀的打开时间TT，所述传感器记录衔铁在其终止位置中的撞击(Anprallen)。为了检测I(t)和U(t)，可以使用已经存在于马达控制设备中的传感装置。但是，也可以使用附加的传感器——例如霍尔传感器，借助霍尔传感器可以监测电磁体的磁场并且因此监测I(t)。通常，可以考虑使用所有如下的传感器和测量原理：通过所述传感器和测量原理，可以直接或间接地推断出阀状态和/或阀特性。
如果一旦识别到实际打开时间TT的和/或质量流dm/dt的磨损导致的变化，则可以通过改变电磁阀的操控来在一定限度内对所述变化进行补偿。然后，阀几乎如新的阀那样表现并且可以相应更长地使用。
因此，在本发明的一种特别有利的构型中，通过改变施加在电磁体上的电流/时间特性u(t)和/或施加在电磁体上的电压/时间特性i(t)来补偿和/或调整(ausregeln)实际打开持续时间TT和/或质量流dm/dt与相应参考值TR或MR的差。
了解泄漏dm'/dt具有如下效果：直至实际达到定义的泄漏极限值，都可以运行阀。根据目前的现有技术(也就是说在不具有上述认知的情况下)，在验证范畴内事先求取的时间之后就必须对阀进行更换，在该时间肯定还未发生泄漏。该时刻必然处于阀的实际寿命终止之前，使得使用寿命的一定时间段总是保持未使用。
在本发明的一种特别有利的构型中，由时间变化过程I(t)和/或U(t)附加地分析处理电磁阀的磨损程度W，该磨损程度对质量流dm/dt具有影响。发明人已经看出，在重要范围内影响质量流dm/dt的任何磨损也影响电磁阀的衔铁运动。对衔铁运动的影响又在磁路中产生能够测量的电流信号和电压信号。
特别有利地，从校准数据库(Eichdatenbank)调用对应于时间变化过程I(t)和/或U(t)的磨损程度W。例如可以提前根据相同类型的一个或多个测试阀，在磨损测试的范畴内，在测试台上求取这种例如可以是值表或特征曲线族的校准数据库。这种磨损测试例如尤其可以是拉伸测试(Rafftest)。在该测试的范畴内，例如可以周期性地测量磨损W，并且可以检测：在打开和/或关闭的情况下，I(t)和U(t)已经在多大程度上远离阀的新状态。也可以在磨损测试的范畴内检测质量流dm/dt和/或泄漏dm'/dt，并且将其记录到校准数据库中。例如可以借助科里奥利测量设备或任意其他的其他气体质量测量器对质量流进行测量。也能够想到将这种测量设备用于马达的常规运行，因为与轿车马达相比，在大型马达的情况下，存在用于这种附加设备的更多安装空间。
在本发明的一种特别有利的构型中，电磁阀将燃料配量到燃料喷射系统的进气管中。通过测量进气管中的气体组成来检测泄漏dm'/dt。该测量尤其可以通过测量进气管中的声速c实现。如果未配量燃料，则进气管仅包含空气。即使添加少量燃料的混合物也已经显著改变声速c。为了测量声速c，例如可以使用布置在进气管中或进气管上的振动发生器(例如超声传感器或音叉)。
在本发明的一种特别有利的构型中，将打开持续时间TT、质量流dm/dt和/或泄漏dm'/dt的所检测的值存档(archivieren)。由所存档的值分析处理电磁阀的剩余使用寿命的估计。以这种方式，使用者例如可以获得如下信息：是否需要在当前维修日期更换电磁阀，或者电磁阀是否可以在马达上保留直至下一次维修。
可以由现有的马达控制设备、但是也可以借助附加的电子装置执行对磨损导致的偏差的补偿和调整。
本发明也涉及一种用于运行电磁阀的控制设备，该电磁阀能够通过电磁体抵抗回复力地操纵。根据本发明，该控制设备包括校准数据库，该校准数据库将电磁阀的磨损程度W分配给流过电磁体的电流I的时间变化过程I(t)和/或施加在电磁体上的电压U的时间变化过程U(t)。
此外，本发明也涉及一种燃料喷射系统，该燃料喷射系统具有至少一个进气管以及用于将燃料配量到进气管中的至少一个电磁阀。根据本发明，在电磁阀下游的进气管中或进气管上布置有用于进气管中的声速c的测量装置。如上所述，该测量装置包括至少一个振动发生器。
因为所述方法可以利用已经存在于马达上和/或控制设备中的所有传感器，所以该方法可以在很大程度上或者甚至完全地通过在在控制设备中在软件技术上改变流程来实现。这种软件是能够独立出售的产品。因此，本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有机器可读的指令，当在计算机上和/或在控制设备上运行所述指令时，所述指令促使计算机和/或控制设备实施根据本发明的方法，和/或，所述指令促使所述计算机和/或控制设备升级成根据本发明的控制设备。
此外，能够用于求取磨损的校准数据库也是一种产品，所述产品可以与用于执行所述方法的软件组合地出售或者单独地出售。因此，本发明还涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有用于电磁阀的校准数据库，所述电磁阀能够通过电磁体抵抗回复力地操纵。校准数据库将电磁阀的磨损程度W分配给流过电磁体的电流I的时间变化过程I(t)和/或施加在电磁体上的电压U的时间变化过程U(t)。
附图说明
以下根据附图结合本发明的优选实施例的描述更详细地描述改善本发明的其他措施。
图1示出根据本发明的方法100的实施例；
图2示出根据本发明的燃料喷射系统3的实施例；
图3示出电磁体11上的电压的示例性的时间变化过程u(t)，电磁体11的电流响应I(t)以及电磁阀1的行程h(t)。
具体实施方式
根据图1，在并行的步骤110、120和/或130中，求取电磁阀1的实际打开持续时间TT、质量流dm/dt和/或泄漏dm'/dt。在步骤140、142或144中分别检查：TT是否相应于参考值TR，dm/dt是否相应于参考值MR，或泄漏dm'/dt是否等于0。如果是这种情况(真值1)，则分支回到相应的测量110、120或130.
反之，如果存在偏差(真值0)，则在对于所有三个参量TT、dm/dt和dm'/dt来说相同的步骤150中首先检查：是否存在严重的功能故障。
在存在严重的功能故障(真值1)的情况下，在步骤160中促使马达紧急停止。否则(真值0)，在步骤170和180中检查：打开时间TT或质量流dm/dt是否能够通过改变电磁阀1的操控而被补偿或调整。如果这是可能的(真值1)，则在步骤200和210中采取适当的措施；借助合适的电压信号u(t)和/或合适的电流信号i(t)操控电磁阀1。在此，一个重要的调整因素(Stellschraube)是电磁体11的通电持续时间。如果补偿或调整是不可能的(真值0)，则在步骤190中通知使用者需要紧急进行维护。
原则上，无法通过改变电磁阀1的操控来补偿泄漏dm'/dt。因此，仅在如下方面对不引起严重功能故障的可能泄漏进行检查：该泄漏是否大于预给定的阈值THR。如果这是这种情况(真值1)，则在步骤190中通知使用者应该进行维护。反之，如果未超过阈值THR(真值0)，则分支回到步骤130中求取泄漏。
替代参量TT、dm/dt和dm'/dt，也可以将由其求取到这些参量的相应的原始数据(例如时间变化过程I(t)和U(t)的特征参量)直接与相应的参考值进行比较。
图2示意性地示出根据本发明的用于燃料2的喷射系统3的一种实施例。通过进气管31吸入空气30。为了将空气30与燃料2充分混合，通过电磁阀1对燃料2进行配量。电磁阀1能够通过电磁体11抵抗由阀弹簧12施加的回复力地操纵。
控制设备5给电磁体11加载遵循时间程序u(t)的电压和/或遵循时间程序i(t)的电流。同时，控制设备测量实际上施加在电磁体11上的电压U的时间变化过程U(t)和/或实际上流过电磁体11的电流I的时间变化过程I(t)。控制设备5包括校准数据库4，控制设备从该校准数据库调用电磁阀1的对应于时间变化过程I(t)和/或U(t)的磨损程度W。
为了测量电磁阀1在关闭状态中的泄漏dm'/dt，在如下位置的下游测量进气管31中的气体组成32：在该位置处，电磁阀1将燃料2配量到进气管31中。为此，在进气管31中布置有用于超声的发送器34和接收器35。可以由所发射的超声波与所接收的超声波之间的相移求取进气管31中的声速c。与发送器34和接收器35一起构成测量装置33的分析处理单元36由声速c确定所寻求的气体组成。控制设备5由此又求取出所寻求的泄漏dm'/dt。
图3示例性地示出一个喷射周期期间的、施加在电磁体11上的电压的时间变化过程u(t)、由此由电磁体11驱动的电流的I(t)以及电磁阀1的行程。
为了打开电磁阀1，在助力阶段(Boost-Phase)B中，首先施加高的助力电压UB，使得电流I快速地增大到助力电流IB。随后，在牵引阶段(Pull-In-Phase)P中，以0与UB之间的矩形信号的形式调制电压，使得电流I关于时间平均值IP波动。在牵引阶段P中，电磁阀1打开；行程h(t)快速增加并且最终到达其最大水平。
在电磁阀1完全打开的时刻，将电磁体11短暂地接通到空载运行阶段F中，在所述空载运行阶段中，没有电压施加在电磁体上。在该阶段中，电流I下降到保持电流水平IH。
为了保持电磁阀1打开，在保持阶段H中，再次在0与UB之间(但是以接通持续时间与关断持续时间之间的降低的比例关系)来调制施加在电磁体11上的电压u(t)。相应地，电流I(t)现在关于更小的时间平均值IH波动。
为了在喷射周期的终止时关闭电磁阀1，在消除阶段(
Figure GDA0003342833490000071
-Phase)L中，将具有相反极性的消除电压脉冲施加到电磁体11上。由此，电磁阀1的磁路中的能量迅速消减。这又导致，阀弹簧12的回复力获得优势，并且电磁阀1的行程h(t)减小，直至电磁阀1最终完全关闭。

Claims (4)

1.一种用于运行电磁阀(1)的方法(100)，所述电磁阀用于对燃料喷射系统(3)中的燃料(2)进行配量，其中，所述电磁阀能够通过电磁体(11)抵抗回复力(12)地操纵，其特征在于，
在所述电磁阀(1)的至少一个打开过程期间，检测流过所述电磁体(11)的电流I的时间变化过程I(t)和/或施加在所述电磁体(11)上的电压U的时间变化过程U(t)，并且由所述时间变化过程I(t)和/或U(t)分析处理(110)所述电磁阀(1)的打开时刻tON和关闭时刻tOFF，并且将所述电磁阀(1)的实际打开持续时间TT＝tOFF-tON与参考值TR进行比较(140)，其中，如果在实际打开持续时间TT与参考值TR之间存在偏差，则首先检查：是否存在严重的功能故障，其中，在存在严重的功能故障的情况下促使马达紧急停止，其中，在不存在严重的功能故障的情况下通过改变施加在所述电磁体(11)上的电流/时间特性i(t)和/或施加在所述电磁体(11)上的电压/时间特性u(t)来补偿和/或调整(200，210)所述实际打开持续时间TT与参考值TR的差，其中，由所述时间变化过程I(t)和/或U(t)附加地分析处理所述电磁阀(1)的磨损程度W，所述磨损程度对质量流dm/dt具有影响，其中，从校准数据库(4)调用对应于所述时间变化过程I(t)和/或U(t)的磨损程度W。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述实际打开持续时间TT的所检测的值存档，其中，由所存档的值分析处理所述电磁阀(1)的剩余使用寿命的估计。
3.一种用于控制设备(5)，所述控制设备用于执行根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制设备包括校准数据库(4)，所述校准数据库将所述电磁阀(1)的磨损程度W分配给流过所述电磁体(11)的电流I的时间变化过程I(t)和/或施加在所述电磁体(11)上的电压U的时间变化过程U(t)。
4.一种机器可读的存储介质，在其上存储有机器可读的指令，当所述指令在根据权利要求3所述的控制设备(5)上运行时，所述指令促使所述控制设备(5)实施根据权利要求1或2所述的方法。
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