CN110541769A - 用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法 - Google Patents

用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法 Download PDF

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Abstract

用于确定电磁燃料喷射器(4)的关闭瞬间时刻(t5)的方法：在喷射的开始瞬间时刻(t1)下，将正电压(v)施加到电磁致动器(14)的线圈(16)，以使电流(i)循环通过线圈(16)，所述电流(i)决定喷射阀(15)的打开；在喷射结束瞬间时刻(t3)下，将负电压(v)施加到电磁致动器(14)的线圈(16)，以消除循环通过线圈(16)的电流(i)；在消除循环通过线圈(16)的电流(i)之后，检测在电磁致动器(14)的线圈(16)的至少一末端处的第一电压时间发展(v1)；将电压致动时间发展(v1)与电压比较时间发展(v)进行比较；以及基于电压致动时间发展(v1)和电压比较时间发展(v)之间的比较来确定电磁喷射器(4)的关闭瞬间时刻(t5)。

Description

用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年5月28日提交的号为102018000005760的意大利专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法。
背景技术
电磁燃料喷射器(例如，如专利申请EP1619384A2中所描述的那样)通常包括圆柱形管状主体，该主体具有中央进给通道，该中央进给通道执行燃料管道的功能并且以喷射喷口(jet)结束，该喷射喷口受控于由电磁致动器操作的喷射阀。喷射阀设置有柱塞，该柱塞刚性地连接到电磁致动器的可移动电枢，以便通过电磁致动器的作用克服将柱塞朝向关闭位置推动的关闭弹簧的作用而在喷射喷口的关闭位置和打开位置之间移动。阀座限定在密封元件中，该密封元件具有盘的形状，在下侧密封支撑体的中央通道，并且由喷射喷口交叉。电磁致动器包括：线圈，该线圈布置在管状主体周围的外侧上；以及固定磁极，该固定磁极由铁磁材料制成并且布置在管状主体内部以便磁性地吸引可移动电枢。
由于关闭弹簧将柱塞推动到关闭位置，因此喷射阀通常是关闭的，其中柱塞压靠喷射阀的阀座，并且可移动电枢与固定磁极间隔开。为了打开喷射阀，即将柱塞从关闭位置移动到打开位置，使电磁致动器的线圈通电，以便产生磁场，该磁场克服由关闭弹簧施加的弹力而将可移动电枢朝向固定磁极吸引；在打开阶段中，当可移动电枢撞击固定磁极时，可移动电枢的行程停止。
根据图3，可以将电磁喷射器的喷射规律(即将喷射时间TINJ或控制时间与喷射燃料量Q相关联并由喷射时间TINJ-喷射燃料量Q曲线表示的规律)划分为三个区域：打开失败的初始区域A，在该初始区域A中喷射时间TINJ太小，并且因此传递到电磁线圈的能量不足以克服关闭弹簧的力并且柱塞仍保持在喷射喷口的关闭位置下；弹道区域B，在该弹道区域B中柱塞从喷射喷口的关闭位置朝向完全打开位置移动(在完全打开位置下与柱塞成一体的可移动电枢撞击固定磁极)，但是不能到达完全打开位置，并且因此在已经达到完全打开位置之前返回到关闭位置；以及线性区域C，在该线性区域C中柱塞从喷射喷口的关闭位置移动到完全打开位置，保持完全打开位置一定量的时间。
道弹区域B是强非线性的，并且尤其具有从一个喷射器到另一个喷射器的喷射特征的高度分散性；作为结果，在弹道区域B中使用电磁喷射器是非常成问题的，因为无法以足够的精度预见到为了喷射期望燃料量Q所需的控制时间T。
火花点火式内燃发动机(即根据奥托循环(Otto cycle)运行的发动机)的制造商需要能够以足够的精度喷射非常小的燃料量(约1毫克)的电磁喷射器；这种需要是由于将燃料喷射到不同的独特喷射中的拆分可导致燃烧过程中污染物质的产生减少的事实。因此，制造商甚至需要在弹道区域B中使用电磁燃料喷射器，因为仅当在弹道区域B中运行时可以喷射大约1毫克的燃料量。
从一个喷射器到另一个喷射器的弹道区域B的喷射特征的高度分散性主要与存在于可移动电枢和电磁铁的固定磁极之间的磁隙厚度的分散性相关联。然而，考虑到磁隙厚度的小变化对弹道区域B的喷射特征具有显著影响的事实，通过减小磁隙厚度的分散性来减小弹道区域B的喷射特征的分散性证明是非常复杂的因此是非常昂贵的。
通常影响燃料喷射器的老化现象确定喷射特征随时间的漂移使得情况进一步复杂化。
专利申请EP2375036A1公开了一种用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法，因为获知电磁喷射器的实际关闭瞬间时刻(即实际关闭时间)允许精确估计由喷射器以每次喷射所喷射的实际燃料量(尤其是当喷射器用于喷射少量燃料时)；以这种方式，即使在弹道区域B中也可以使用电磁燃料喷射器以喷射非常少量的燃料(约1毫克)，同时确保足够的喷射精度。
专利申请EP2375036A1中公开的用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻(以及因此关闭时间)的方法包括以下步骤：在喷射的开始瞬间时刻，将正电压施加到电磁致动器的线圈，以便使得电流循环通过线圈，所述电流决定喷射阀的打开；在喷射结束瞬间时刻，向电磁致动器的线圈施加负电压，以消除循环通过线圈的电流；在消除循环通过线圈的电流之后并且直到消除电压，检测在电磁致动器的线圈末端处的电压时间发展；在消除循环通过线圈的电流之后，识别在线圈末端处的电压扰动；并且在消除循环通过线圈的电流之后，识别喷射器的关闭瞬间时刻与在线圈末端处的电压的扰动瞬间时刻是否一致。
专利申请US2013073188A1公开了一种用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法：在喷射的开始瞬间时刻，将正电压施加到电磁致动器的线圈，以使电流循环通过线圈，所述电流决定喷射阀的打开；在喷射结束的瞬间时刻，将负电压施加到电磁致动器的线圈，以消除循环通过线圈的电流；在消除循环通过线圈的电流之后，在电磁致动器的线圈的至少一末端处检测电压测量时间发展；将电压测量时间发展与电压比较时间发展进行比较；以及基于电压测量时间发展和电压比较时间发展之间的比较来确定电磁喷射器的关闭瞬间时刻。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法，所述方法能够以高精度确定关闭瞬间时刻，并且特别易于实施且经济。
根据本发明，提供一种用于确定电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻的方法，该电磁燃料喷射器包括：在关闭位置和打开位置之间移动以关闭和打开喷射阀的可移动柱塞；以及电磁致动器，该电磁致动器设置有线圈并且设计成将柱塞在关闭位置和打开位置之间移动；该方法包括以下步骤：
在测试的开始瞬间时刻，将正电压施加到电磁致动器的线圈，以使测试电流循环通过线圈，所述测试电流不决定喷射阀的打开；
在测试结束瞬间时刻，将负电压施加到电磁致动器的线圈，以消除测试电流；
在消除测试电流之后，检测在电磁致动器的线圈的至少一末端处的电压比较时间发展；
在喷射的开始瞬间时刻，将正电压施加到电磁致动器的线圈，以使致动电流循环通过线圈，所述致动电流决定喷射阀的打开；
在喷射结束瞬间时刻，将负电压施加到电磁致动器的线圈，以消除致动电流；
在消除致动电流之后，检测在电磁致动器的线圈的至少一末端处的电压致动时间发展；
计算在电压致动时间发展与电压比较时间发展之间的电压差；
计算电压差的第一时间导数；
计算电压差的第一时间导数的最小绝对值；以及
基于电压差的第一时间导数识别电磁燃料喷射器的关闭瞬间时刻；
该方法的特征在于它包括以下步骤：
计算电压差的第一时间导数的最大值；
只有电压差的第一时间导数的最大值在绝对值上超过第一阈值时识别存在电磁喷射器的关闭；以及
只有电压差的第一时间导数的最大值在绝对值上低于第一阈值时识别不存在电磁喷射器的关闭。
所附权利要求描述本发明的优选实施例，并形成说明书的一体部分。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，示出本发明的非限制性实施例，其中：
图1是实现根据本发明的方法的共轨喷射系统的示意图；
图2是图1的喷射系统的电磁燃料喷射器的示意性剖视侧视图；
图3是示出图1的喷射系统的电磁燃料喷射器的喷射特征的图；
图4是示出图1的喷射系统的电磁燃料喷射器的一些物理量随时间演变的图，其受到控制以便在弹道运行区域中喷射燃料；
图5是示出图1的喷射系统的电磁燃料喷射器的一些物理量随时间演变的图，其在这种短的时间量内受到控制以避免燃料喷射；
图6是示出图1的喷射系统的电磁燃料喷射器的线圈末端处的电压、相应的参考电压以及它们的差异随时间演变的图；以及
图7是示出线圈末端处的电压与参考电压之间的电压差的第一时间导数随时间演变的图。
附图的参考编号列表
1 喷射系统
2 发动机
3 汽缸
4 喷射器
5 共轨
6 高压泵
7 低压泵
8 箱
9 电子控制单元
10 喷射器4的纵向轴线
11 喷射喷嘴
12 支撑体
13 进给通道
14 电磁致动器
15 喷射阀
16 线圈
17 环形壳体
18 固定磁极
19 可移动的电枢
20 磁性的电枢
21 环形座
22 磁性垫圈
23 柱塞
24 阀座
25 中央孔
26 关闭弹簧
27 撞针体
28 计算块
29 计算块
30 计算块
31 减法器块
32 计算块
100 端子
101 端子
t1 时间瞬间时刻
t2 时间瞬间时刻
t3 时间瞬间时刻
t4 时间瞬间时刻
t5 时间瞬间时刻
A 初始区域
B 弹道区域
C 线性区域
Q 燃料量
TINJ 喷射时间
THYD 液压时间
TC 关闭时间
TZ 归零时间
TF 飞行时间
TO 打开时间
v1 第一电压时间发展
v2 第二电压时间发展
Δv 电压差
具体实施方式
在图1中，数字1总体上指示共轨喷射系统，以便将燃料直接喷射到设置有四个汽缸3的内燃发动机2内。喷射系统1包括四个电磁燃料喷射器4，每个电磁燃料喷射器4将燃料直接喷射到发动机2的相应汽缸3内并在压力下从共轨5接收燃料。喷射系统1包括高压泵6，其将燃料进给到共轨5并借助于机械传动装置由发动机2的驱动轴直接操作，机械传动装置具有与驱动轴的转动速度成正比的致动频率。依次地，高压泵6由布置在燃料箱8内的低压泵7供应。每个电磁喷射器4在电子控制单元9的控制下将可变量的燃料喷射到相应的汽缸3内。
根据图2，每个电磁燃料喷射器4基本上具有围绕纵向轴线10的圆柱形对称并且受到控制以便从喷射喷嘴11喷射燃料。电磁喷射器4包括支撑体12，该支撑体12具有沿着纵向轴线10拥有可变横截面的圆柱形管状形状并且包括沿着支撑体12的整个长度延伸的进给通道13，以便在压力下将燃料进给到喷射喷嘴11。支撑体12在其上部区域中支撑电磁致动器14，以及在其下部区域中支撑喷射阀15，该喷射阀15在底部处界定进给通道13；在使用中，喷射阀15由电磁致动器14操作，以便调节通过喷射喷口11的燃料流，喷射喷口11在喷射阀15的区域中获得。
电磁致动器14包括线圈16以及固定磁极18，线圈16围绕管状主体12布置在外侧上并且封装在由塑料材料制成的环形壳体17中，固定磁极18由铁磁材料制成并且在线圈16的区域中布置在管状主体12内部。此外，电磁致动器15包括可移动电枢19，可移动电枢19具有圆柱形形状，由铁磁材料制成并且设计成当线圈16通电时(即电流流动通过它时)被磁极18磁吸引。最后，电磁致动器15包括管状磁性电枢20，其由铁磁材料制成，布置在管状主体12的外侧上，并且包括环形座21，以在内部容纳线圈16；以及电磁致动器15包括具有环形形状的磁性垫圈22，其由铁磁材料制成并且布置在线圈16上方以引导线圈16周围的磁通量的闭合。
可移动电枢19是可移动设备的一部分，该可移动设备还包括闸门或柱塞23，闸门或柱塞23具有与可移动电枢19成一体的上部部分和与喷射阀15的阀座24配合的下部部分，以便以已知的方式调节朝向喷射喷嘴11的燃料流。具体地，柱塞23以具有大致球形形状的闭锁头结束，该闭锁头设计成以密封方式抵靠阀座搁置。
磁极18在中心处穿孔并具有中央通孔25，中央通孔25部分地容纳关闭弹簧26，关闭弹簧26将可移动电枢19朝向喷射阀15的关闭位置推动。具体地，在磁极18的中央通孔25内在固定位置下安装有撞针元件27，该撞针元件27使关闭弹簧26压靠在可移动电枢19上。
在使用中，当电磁致动器14断电时，可移动电枢19不被磁极18所吸引，并且关闭弹簧26的弹力将可移动电枢19与柱塞23(即可动设备)一起向下推动到达下限位置，在该下限位置中柱塞23的闭锁头压靠在喷射阀15的阀座24上，使喷射喷嘴11与处于压力下的燃料隔离。当电磁致动器14通电时，可移动电枢19克服关闭弹簧26的弹力而被磁极18磁性所吸引，并且可移动电枢19与柱塞23(即可移动设备)一起由于由磁极18施加的磁吸引力而向上移动到达上限位置，在该上限位置中可移动电枢19撞击磁极18，并且柱塞23的闭锁头相对于喷射阀15的阀座24抬起，以允许处于压力下的燃料流动通过喷射喷嘴11。
根据图2，每个电磁燃料喷射器4的电磁致动器14的线圈16由电子控制单元9供电，电子控制单元9将电压v施加到线圈16的端子100和101(即末端)，电压v在时间上是可变的并且确定循环通过线圈16的电流i，电流i在时间上是可变的。线圈16的端子100是高压端子，并且可以通过电子控制单元9的至少一个第一控制晶体管连接到电源电压；另一方面，线圈16的端子101是低压端子，并且可以通过电子控制单元9的至少一个第二控制晶体管连接到电接地。
根据图3，每个电磁燃料喷射器4的喷射规律(即将喷射时间TINJ或控制时间与喷射燃料量Q相关联并由喷射时间TINJ-喷射燃料量Q曲线表示的规律)划分为三个区域：打开失败的初始区域A，在该初始区域A中喷射时间TINJ太小，并且因此传递到电磁致动器14的线圈16的能量产生的力不足以克服关闭弹簧26的力并且柱塞23仍保持在喷射阀15的关闭位置下；弹道区域B，在该弹道区域B中柱塞23从喷射阀15的关闭位置朝向完全打开位置移动(在完全打开位置下与柱塞23成一体的可移动电枢19撞击固定磁极18)，但是不能到达完全打开位置，并且因此在已经达到完全打开位置之前返回到关闭位置；以及线性区域C，在该线性区域C中柱塞23从喷射阀15的关闭位置移动到完全打开位置，保持完全打开位置一定量的时间。
图4的图示出电磁燃料喷射器4的一些物理量随时间的演变，电磁燃料喷射器4受到控制以便在弹道操作区域B中喷射燃料。换言之，喷射时间TINJ减小(取决于燃料的压力和喷射器的类型减小约0.15ms-0.30ms)，并且因此，由于由电磁致动器14产生的电磁吸引，柱塞23(与可移动电枢19一起)从喷射阀15的关闭位置朝向完全打开位置(在该完全打开位置下与柱塞23成一体的可移动电枢19撞击固定磁极18)移动，但是因为在柱塞23(与可移动电枢19一起)可到达喷射阀15的完全打开位置之前电磁致动器14关闭，所以没有到达该完全打开位置；结果，当柱塞23仍然“飞行”(即处于喷射阀15的关闭位置和完全打开位置之间的中间位置下)并且朝向完全打开位置移动时，电磁致动器14被关闭并且由关闭弹簧26所产生的推力中断柱塞23朝向喷射阀15的完全打开位置的移动，从而使柱塞23沿相反方向移动，直到柱塞23到达喷射阀15的初始关闭位置。
根据图4，电磁喷射器4的逻辑控制命令c包括在瞬间时刻t1下激活(通电)电磁致动器14(将逻辑控制命令c从关断(OFF)状态转换到接通(ON)状态)并且在瞬间时刻t3下停用(断电)电磁致动器14(将逻辑控制命令从接通状态转换到关断状态)。喷射时间TINJ等于瞬间时刻t1和t3之间经过的时间间隔并且是小的；结果，电磁燃料喷射器4在弹道操作区域B中操作。
在瞬间时刻t1，电磁致动器14的线圈16被通电，并因此开始产生驱动力，该驱动力反作用于关闭弹簧26的力；当由电磁致动器14的线圈16产生的驱动力超过关闭弹簧26的力时，即在瞬间时刻t2下，柱塞23(其与可移动电枢19成一体)的位置p开始从喷射阀15的关闭位置(在图4中用“关闭(Close)”指示)到喷射阀15的完全打开位置(在图4中用“打开(Open)”表示)的改变；换言之，喷射阀15在瞬间时刻t2下开始打开，并且在瞬间时刻t1和t2之间经过的时间限定打开时间TO(即在电磁致动器14的通电开始的瞬间时刻t1和喷射阀15实际开始打开的瞬间时刻t2之间经过的时间)。在喷射规律(如图3所示)中，打开时间TO建立打开失败的初始区域A与弹道操作区域B之间的分界线：实际上，如果喷射时间TINJ小于打开时间TO，则喷射阀15不打开，并且因此我们处于打开失败的初始区域A中，而如果喷射时间TINJ大于打开时间TO，则喷射阀15打开，并且因此我们处于弹道操作区域B(或者如果喷射时间TINJ足够长，则我们处于线性区域C内)。
在瞬间时刻t3，柱塞23的位置p仍未达到喷射阀15的完全打开位置，并且由于电磁喷射器4的逻辑控制指令c的结束，它返回喷射阀15的关闭位置，在瞬间时刻t5(即在柱塞23的闭锁头以密封方式抵靠喷射阀15的阀座搁置的片刻)到达关闭位置。在瞬间时刻t5(即喷射阀15关闭的片刻)之前，识别瞬间时刻t4，在瞬间时刻t4流动通过线圈16的电流i被消除(即达到零值)并且其中施加到线圈16末端的电压v开始减小(在绝对值上)，朝向零值移动。关闭时间TC是在瞬间时刻t3和t5之间经过的时间间隔，即在电磁喷射器4的逻辑控制命令c的结束与电磁喷射器4的关闭之间经过的时间间隔。关闭时间TC也等于归零时间TZ和飞行时间TF的总和，归零时间TZ包括在瞬间时刻t3和t4之间并且其中仍然存在流动通过线圈16的电流i(并且因此，电磁致动器14仍然对于可移动电枢19产生磁吸引力)，而飞行时间TF包括在瞬间时刻t4和t5之间并且其中流动通过线圈16的电流i等于零，并且因此，由关闭弹簧26产生的唯一弹力作用在可移动电枢19上。
在瞬间时刻t1下，使得施加到电磁喷射器4的电磁致动器14的线圈16的末端的电压v增加，直到其达到正的导通峰值，这用于快速增加电流i流动通过线圈16的目的；在导通峰值结束时，根据“限幅器(chopper)”技术控制施加到线圈16末端的电压v，“限幅器”技术涉及在正值和零值之间循环地改变电压v以便保持电流i在所需维持值附近(为简单起见，电压v的循环变化未在图4中示出)。在瞬间时刻t3下，使得施加到线圈16的末端的电压v快速减小，直到其达到负的关断峰值，这用于快速消除流动通过线圈16的电流i。一旦电流i在瞬间时刻t4下已经达到零值，则残余电压v以指数规律向下运行直到它被消除，并且在该电压v消除步骤期间，电磁喷射器4关闭(在瞬间时刻t4下，其中柱塞23到达喷射阀15的关闭位置)；实际上，只有当关闭弹簧26的力超过由电磁致动器14产生的并且与电流i成比例(即当电流i达到零值时变为等于零)的电磁吸引力时，柱塞23才开始朝向喷射阀15的关闭位置的关闭行程。
图5的图示出电磁燃料喷射器4的一些物理量随时间的演变，其由喷射时间TINJ(喷射时间TINJ又等于喷射的开始时瞬间刻t1和喷射结束瞬间时刻t3之间经过的时间间隔)控制，并且喷射时间TINJ太小使得其不能到达喷射阀15的打开(即喷射时间TINJ属于打开失败的初始区域A并且小于打开时间TO)。换言之，喷射时间TINJ小于打开时间TO，并且因此很小(约0.05ms-0.15ms)，使得由电磁致动器14在柱塞23(与可移动电枢19一起)上产生的电磁吸引力总是保持小于由关闭弹簧26产生的弹力。
根据图5，电磁喷射器4的逻辑控制命令c包括在瞬间时刻t1下激活(通电)电磁致动器14(将逻辑控制命令c从关断(OFF)状态转换到接通(ON)状态)并且在瞬间时刻t3下停用(断电)电磁致动器14(将逻辑控制命令从接通状态转换到关断状态)。喷射时间TINJ等于瞬间时刻t1和t3之间经过的时间间隔并且很小；结果，电磁燃料喷射器4在打开失败的初始区域A中操作。
在瞬间时刻t1下，电磁致动器14的线圈16通电，并因此开始产生驱动力，该驱动力反作用于关闭弹簧26的力；然而，由电磁致动器14产生的驱动力从来没有克服(超过)由关闭弹簧26产生的弹力，并且因此，柱塞23(其与可移动电枢19成一体)从来不会从喷射阀15的关闭位置(在图5中用“关闭”指示)移动。在瞬间时刻t4下，流动通过线圈16的电流i被消除(即达到零值)，并且施加到线圈16的末端的电压v开始减小(在绝对值上)，接近零值。一旦电流i在瞬间时刻t4下达到零值，则残余电压v以指数规律向下运行直到它被消除。
以下是由电子控制单元9使用来确定电磁燃料喷射器4的关闭瞬间时刻t5(即确定关闭时间TC，其对应于瞬间时刻t3和t5之间经过的时间间隔，即电磁喷射器4的逻辑控制指令c的结束与电磁喷射器4的关闭之间经过的时间间隔)的过程的描述。
如上面在论述图4时已经提到的那样，在喷射的开始瞬间时刻t1下，电子控制单元9将正电压v施加到电磁致动器14的线圈16，以便使致动电流i循环通过线圈16，所述致动电流i决定喷射阀15的打开，并且在喷射的结束瞬间时刻t3下，电子控制单元9将负电压v施加到电磁致动器14的线圈16以便消除(在瞬间时刻t4下)循环通过线圈16的致动电流i。
在喷射结束时(即在喷射的结束瞬间时刻t3之后)，在消除循环通过线圈16的致动电流i之后(即在瞬间时刻t4之后)并且直到消除电压v，电子控制单元9检测(测量)在电磁致动器14的线圈16的至少一末端(即一个端子100或101)处的电压致动时间发展v1(图6中示出)。随后，电子控制单元9将电压致动时间发展v1与以下述方式在先前确定的电压比较时间发展v2进行比较。最后，电子控制单元9基于在电压致动时间发展v1和电压比较时间发展v2之间的比较来确定电磁燃料喷射器4的关闭瞬间时刻t5。
为了确定电压比较时间发展v2，电子控制单元9预先即在确定电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5之前执行对电磁喷射器4进行测试，该测试由喷射时间TINJ(喷射时间TINJ又等于在喷射的开始瞬间时刻t1和喷射的结束瞬间时刻t3之间经过的时间间隔)控制，喷射时间TINJ太小以至于它不能到达喷射阀15的打开(即喷射时间TINJ属于打开失败的初始区域A并且小于打开时间TO)，如图5中所示。换言之，电子控制单元9在测试的开始瞬间时刻t1下将正电压v施加电磁致动器14的线圈16，以使测试电流i循环通过线圈16，所述测试电流i不决定喷射阀15的打开，并且电子控制单元9在测试的结束瞬间时刻t3下将负电压v施加到电磁致动器14的线圈16，以便消除不决定喷射阀打开的循环通过线圈16的测试电流i。最后，在消除不决定喷射阀15打开的循环通过线圈16的测试电流i之后，电子控制单元9检测(测量)在电磁致动器14的线圈16的至少一末端(即一个端子100或101)处的电压比较时间发展v2(图6中示出)；换言之，电子控制单元9将电压比较时间发展v2识别为在消除不决定喷射阀15打开的循环通过线圈16的测试电流i之后的时间发展。
根据可能的但非约束性的实施例，电子控制单元9设置有硬件抗混叠滤波器(即在数字化之前作用于模拟信号的物理抗混叠滤波器)，其作用于在电磁致动器14的线圈16的至少一末端(即一个端子100或101)处的电压v的测量。抗混叠滤波器是在对电压v的信号进行采样之前使用的模拟信号，以便缩小信号的频带从而近似地满足奈奎斯特-香农采样定理(Nyquist-Shannon sampling theorem)。
当柱塞23的闭锁头撞击喷射阀15的阀座时(即当电磁喷射器4关闭时)，与柱塞23成一体的可移动电枢19非常快速地改变其运动规律(即几乎立即从相对高的速度转换到零速度，并且如果必要的话，它甚至可以产生小的反转速度方向的弹跳)，并且在可移动的电枢19的运动规律上的这种基本上瞬时的变化产生与线圈16相关联的磁场中的扰动，并且因此也确定在线圈16末端处的电压v的扰动。
结果，在电压致动时间发展v1(其包括在柱塞23的移动结束时喷射阀15的关闭)与电压比较时间发展v2(因为柱塞23不移动，其不包括喷射阀15的关闭)之间存在(可检测的)差异；这种差异是由于下述事实造成的，即在柱塞23移动结束时包括喷射阀15的关闭的电压致动时间发展v1下，由于柱塞23撞击喷射阀15的阀座而存在扰动，而在因为柱塞23不移动而不包括喷射阀15关闭的电压比较时间发展v2下，不存在由于柱塞23撞击喷射阀15的阀座的扰动。通过针对在电压致动时间发展v1(其包括在柱塞23的移动结束时喷射阀15的关闭)和电压比较时间发展v2(因为柱塞23不移动，其不包括喷射阀15的关闭)之间的比较中搜索这种扰动，有可能确定电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5。
根据优选实施例，电子控制单元9通过以时间方式将第一瞬间时刻t4(其中循环通过线圈的致动电流i被消除)与第二瞬间时刻t4(其中循环通过线圈16的测试电流i被消除)对准来使电压致动时间发展v1与电压比较时间发展v2同步。
根据优选实施例，电子控制单元9(通过简单的减法)计算电压致动时间发展v1和电压比较时间发展v2之间的电压差Δv(图6中示出)并基于电压差Δv确定电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5。尽管不是必须的，电子控制单元9优选地将低通滤波器特别是滑动窗滤波器(sliding-window filter)应用于电压差Δv，以便消除高频噪声。
根据优选实施例，电子控制单元9计算电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt(图7中示出)，并且因此，基于电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt来确定电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5。具体地，电子控制单元9确定电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt的最小绝对值，并且在电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt的最小绝对值的区域中识别电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5(如图7中所示)。
根据可能的但非限制性的实施例，在如上所述确定的关闭瞬间时刻t5下，施加预定的时间提前，其补偿电压v经受的由所有滤波器引入的相位延迟；换言之，将如上所述确定的关闭瞬间时刻t5通过预定的时间间隔提前，以便考虑在线圈16的末端处的电压v经受的由所有滤波器引入的相位延迟。
仅当电压差Δv在绝对值上超过第一阈值时，电子控制单元9识别出存在电磁喷射器4的关闭，和/或仅当电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt在绝对值上超过第二阈值时，电子控制单元9识别出存在电磁喷射器4的关闭。换言之，电子控制单元9仅在电压差Δv在绝对值上低于第一阈值时和/或仅在电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt在绝对值上低于第二阈值时识别出不存在电磁喷射器4的关闭。因此，如果电压差Δv和/或电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt太小(在绝对值上)，则电子控制单元9确定电压致动时间发展v1与电压比较时间发展v2完全相似并且因此电磁喷射器4没有关闭(即不存在电磁喷射器4的关闭)。
根据可能的实施例，紧接在每次燃料喷射之前执行用于检测电压比较时间发展v2的测试，使得使用电压比较时间发展v2来确定紧接在之后进行的一个单独对应的喷射的电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5。换言之，对于每次燃料喷射，首先，(立即)确定特定的电压比较时间发展v2，然后刚好在此之后，执行燃料喷射并且使用特定的电压比较时间发展v2来确定关闭瞬间时刻t5。
根据替代实施例，不时地执行用于检测电压比较时间发展v2的测试，使得使用电压比较时间发展v2来确定不同喷射的电磁燃料喷射器4的关闭瞬间时刻t5。换言之，电压比较时间发展v2适用于(可用于)在不同片刻发生的不同喷射。在这种情况下，在共轨5中的燃料压力变化时可以存储不同的电压比较时间发展v2。此外，检测不同的电压比较时间发展v2，然后进行统计处理和周期性更新。
根据可能的实施例，当检测第一和第二电压时间发展v1和v2时，由电子控制单元9测量线圈16的两个端子100和101之间的电压v；该解决方案涉及差动测量，这是更复杂的，因为它需要使用连接到线圈16的两个端子100和101的两个不同的电压传感器。替代性地，当检测电压时间发展v1和v2时由电子控制单元9测量线圈16的低电压端子101和电接地之间的电压v；该解决方案更简单，因为它涉及使用连接到线圈16的低电压端子101的一个单个的电压传感器。
在内燃发动机1的正常操作期间，电子控制单元9确定喷射时间TINJ的值，针对其必须获知相应的关闭时间TC。通常不太可能的是，在短期内，发动机控制需要以喷射时间TINJ来精确控制电磁喷射器4，针对喷射时间TINJ必须获知相应的关闭时间TC；结果，电子控制单元9“强制”确保在任何情况下执行(至少)一次喷射的情况，该喷射具有喷射时间TINJ，针对其必须获知相应的关闭时间TC。具体地，电子控制单元9建立要为内燃发动机2产生的转速目标和转矩目标，然后基于要产生的转速目标和转矩目标来确定要喷射的燃料的总量Q；随后，电子控制单元9使用第一喷射时间TINJ1来控制电磁燃料喷射器4，针对第一喷射时间TINJ1要确定相应的关闭时间TC，并且电子控制单元9确定使用第一喷射时间TINJ1所实际喷射的第一部分燃料量Q1。此时，电子控制单元9确定等于在总燃料量Q和第一部分燃料量Q1之间的差的第二部分燃料量Q2，并且基于第二部分燃料量Q2来确定第二喷射时间TINJ2，以便准确地喷射第二部分燃料量Q2；最后，电子控制单元9使用第二喷射时间TINJ2来控制电磁燃料喷射器4。
电子控制单元9选择第一喷射时间TINJ1，使得总燃料量Q和第一部分燃料量Q1之间的差超过预定阈值(即足够大以允许第二部分燃料量Q2以可接受的精度被喷射)。
应当指出的是，上述用于确定电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5的方法适用于电磁喷射器4的任何操作条件，即当电磁喷射器4在弹道区域B中操作时以及当电磁喷射器4在线性区域C中操作时，当电磁喷射器4在弹道区域B中操作时，其中在喷射的结束瞬间时刻t3下，柱塞23仍然没有到达喷射阀15的完全打开位置，而当电磁喷射器4在线性区域C中操作时，其中在喷射的结束瞬间时刻t3下，柱塞23已经到达喷射阀15的完全打开位置。然而，当电磁喷射器4在弹道区域B中操作时，其中电磁喷射器4的喷射特征是强非线性和分散性的，则获知电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5是特别有用的，而当电磁喷射器4在线性区域C中操作时，其中电磁喷射器4的喷射特征是线性的并且不是非常分散的，则获知电磁喷射器4的关闭瞬间时刻t5通常不是非常有用。
以下是由电子控制单元9用于确定电磁燃料喷射器4的打开时间TO的过程的描述。
电子控制单元9使用电磁致动器14的一系列逐渐增加的通电时间TINJ来控制电磁燃料喷射器4，并且对于电磁喷射器4的每次控制根据上述过程来决定喷射阀15的关闭的存在或不存在(即喷射阀15实际是否打开或未打开)；最后，电子控制单元9将打开时间TO识别为等于在电磁致动器14的最后通电时间TINJ与电磁致动器14的第一通电时间TINJ之间的中间时段的值，针对最后通电时间TINJ决定喷射阀15不存在关闭，针对第一通电时间TINJ决定喷射阀15存在关闭。
根据优选实施例，控制单元9建立打开时间TO的预期值(例如等于标称值或等于最后的先前估计值)并且使电磁致动器14的一系列逐渐增加的通电时间TINJ集中于打开时间TO的期望值上。
根据优选实施例，电子控制单元9在决定喷射阀15的关闭的存在或不存在时建立时间分辨率，然后以一定的增加来增加电磁致动器14的一系列逐渐增加的通电时间TINJ的电磁致动器14的通电时间TINJ，所述一定的增加等于决定喷射阀15关闭的存在或不存在时的时间分辨率。分辨率是在执行测量时检测正被检查的物理量的小变化的能力(即检测喷射阀15的打开是否发生的能力)。
根据优选实施例，在电磁喷射器4的控制期间如上所述(即通过分析电压差Δv和/或电压差Δv的第一时间导数dΔv/dt)来决定喷射阀15的关闭的存在或不存在(即喷射阀15实际是否打开或未打开)；根据一个不同的实施例，在电磁喷射器4的控制期间，喷射阀15的关闭的存在或不存在(即喷射阀15实际是否打开或未打开)可以通过与如上所述不同的过程来确定。
本文描述的实施例可以彼此组合，而不由于该原因超出本发明的保护范围。
上述用于确定电磁燃料喷射器4的关闭瞬间时刻的方法具有许多优点。
首先，上述用于确定电磁燃料喷射器4的关闭瞬间时刻的方法允许以高精度识别电磁喷射器4的实际关闭瞬间时刻。该结果的获得要感谢下述事实，即在喷射阀15的关闭片刻中的电磁喷射器4的“行为”(即电压致动时间发展v1)与“自身”进行比较，即与在喷射阀15没有打开(并且因此关闭)的同一相同条件下同一相同的电磁喷射器4的“行为”进行比较(即与电压比较时间发展v2进行比较)；以这种方式，将确定操作模式中的(甚至显著的)分散性的所有不可预见的变量(建筑公差、部件老化、燃料压力、工作温度……)的影响进行“中和”。当在获取电压致动时间发展v1之前几毫秒获取电压比较时间发展v2时，显然的是，获取不仅在相同的部件(即相同的电磁喷射器4)上发生，而且也发生在同一相同的周围条件(燃料压力、工作温度……)下发生；通过这样做，电压致动时间发展v1和电压比较时间发展v2之间的比较不受任何不可预见的变量的影响，并且允许以高精度决定喷射阀15的关闭瞬间时刻t5。
如上已经所述的那样，当喷射器用于喷射少量燃料时，获知电磁喷射器4的实际关闭瞬间时刻是非常重要的，因为这样做，每次喷射时由喷射器喷射的实际燃料量以更高的精度被估计出。以这种方式，电磁燃料喷射器4也可以用在弹道区域中以喷射非常少量的燃料(大约1毫克)，同时确保足够的喷射精度。应当指出的是，通过减少喷射器特征的分散性(这是一种极其复杂和昂贵的操作)不能达到喷射非常少量燃料的精度，但是由于有可能立即纠正与理想状态的差异利用获知每次喷射由喷射器喷射的实际燃料量(使用获知实际关闭时间的事实来估计的喷射的实际燃料量)的事实来达到喷射非常少量燃料的精度。
此外，上述用于确定电磁燃料喷射器4的关闭瞬间时刻的方法即使在现有的电子控制单元9中实施也是简单且经济的，因为它不需要将额外的硬件添加到通常已经存在于燃料喷射系统中的硬件中，不需要显著的计算能力，并且也不涉及大的存储空间。
上述用于确定电磁燃料喷射器4的打开时间TO的方法具有许多优点。
首先，上述用于确定打开时间TO的方法允许以良好的精度识别电磁喷射器4的实际打开时间TO。获知电磁喷射器4的实际打开时间TO是重要的，因为打开时间TO在喷射规律中建立在打开失败的初始区域A和弹道操作区域B之间的分界线：实际上，如果喷射时间TINJ小于打开时间TO，喷射阀15不打开，并且因此，我们处于打开失败的初始区域A中，而如果喷射时间TINJ大于打开时间TO，则喷射阀15打开，并且因此，我们处于弹道操作区域B中(或者如果喷射时间TINJ足够长，则我们处于线性区域C中)。因此，获知电磁喷射器4的实际打开时间TO导致更好地获知相应的喷射规律，并因此允许以更高的精度来控制电磁喷射器4。
此外，上述用于确定电磁燃料喷射器4的打开时间TO的方法即使在现有的电子控制单元9中实施起来也是简单且经济的，因为它不需要将额外的硬件添加到通常已经存在于燃料喷射系统中的硬件中，不需要显著的计算能力，并且也不涉及大的存储空间。

Claims (12)

1.一种用于确定电磁燃料喷射器(4)的关闭瞬间时刻(t5)的方法，所述电磁燃料喷射器(4)包括：在关闭位置和打开位置之间移动以关闭和打开喷射阀(15)的可移动柱塞(23)；以及电磁致动器(14)，所述电磁致动器(14)设置有线圈(16)并且设计成使柱塞(23)在关闭位置和打开位置之间移动；所述方法包括以下步骤：
在测试的开始瞬间时刻(t1)，将正电压(v)施加到电磁致动器(14)的线圈(16)，以使测试电流(i)循环通过线圈(16)，所述测试电流(i)不决定喷射阀(15)的打开；
在测试结束瞬间时刻(t3)，将负电压(v)施加到电磁致动器(14)的线圈(16)，以消除测试电流(i)；
在消除测试电流(i)之后，检测电磁致动器(14)的线圈(16)的至少一末端处的电压比较时间发展(v2)；
在喷射的开始瞬间时刻(t1)，将正电压(v)施加到电磁致动器(14)的线圈(16)，以使致动电流(i)循环通过线圈(16)，所述致动电流(i)决定喷射阀(15)的打开；
在喷射结束瞬间时刻(t3)，将负电压(v)施加到电磁致动器(14)的线圈(16)，以消除致动电流(i)；
在消除致动电流(i)之后，检测电磁致动器(14)的线圈(16)的至少一末端处的电压致动时间发展(v1)；
计算在电压致动时间发展(v1)与电压比较时间发展(v2)之间的电压差(Δv)；
计算电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)；
计算电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)的最小绝对值；以及
基于电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)识别电磁燃料喷射器(4)的关闭瞬间时刻(t5)；
该方法的特征在于它包括以下步骤：
计算电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)的最大值；
仅当电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)的最大值在绝对值上超过第一阈值时识别存在电磁喷射器(4)的关闭；以及
仅当电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)的最大值在绝对值上低于第一阈值时识别不存在电磁喷射器(4)的关闭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在紧接在每次燃料喷射之前执行用于检测电压比较时间发展(v2)的测试，从而使用电压比较时间发展(v2)来确定一个单个相应喷射的电磁燃料喷射器(4)的关闭瞬间时刻(t5)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于不时地执行用于检测电压比较时间发展(v2)的测试，以便使用电压比较时间发展(v2)来确定不同喷射的电磁燃料喷射器(4)的关闭瞬间时刻(t5)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：通过以时间方式将第一瞬间时刻(t4)，其中致动电流(i)被消除，与第二瞬间时刻(t4)，其中测试电流(i)被消除，对准来使电压致动时间发展(v1)与电压比较时间发展(v2)同步。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
计算电压差(Δv)的最大值；
仅当电压差(Δv)的最大值在绝对值上超过第二阈值时识别出存在电磁喷射器(4)的关闭；以及
如果电压差(Δv)的最大值在绝对值上低于第二阈值，则识别出不存在电磁喷射器(4)的关闭。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括将低通滤波器特别是滑动窗滤波器应用于电压差(Δv)的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：向电压差(Δv)的第一时间导数(dΔv/dt)的最小绝对值的瞬间时刻(t5)施加预定的时间提前，所述预定的时间提前补偿由所有应用的滤波器所引入的相位延迟。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：当检测电压时间发展(v1，v2)时，将抗混叠滤波器应用于电压(v)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
电磁致动器(14)的线圈(16)具有高压端子(100)和低压端子(101)；以及
当检测第一和第二电压时间发展(v1，v2)时，在线圈(16)的两个端子(100,101)之间测量电压(v)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
电磁致动器(14)的线圈(16)具有高压端子(100)和低压端子(101)；以及
当检测第一和第二电压时间发展(v1，v2)时，在线圈(16)的两个低压端子(101)和电接地之间测量电压(v)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
确立针对安装电磁燃料喷射器(4)的内燃发动机(2)要产生的转速目标和转矩目标；
基于要产生的转速目标和转矩目标来确定要被喷射的总燃料量(Q)；
使用第一喷射时间(TINJ1)来控制电磁燃料喷射器(4)，针对第一喷射时间(TINJ1)要确定对应的关闭时间(TO)；
确定使用第一喷射时间(TINJ1)所实际喷射的第一部分燃料量(Q1)；
确定第二部分燃料量(Q2)，所述第二部分燃料量(Q2)等于总燃料量(Q)和第一部分燃料量(Q1)之间的差；
基于第二部分燃料量(Q2)确定第二喷射时间(TINJ2)并精确喷射第二分燃料量(Q2)；以及
使用第二喷射时间(TINJ2)来控制电磁燃料喷射器(4)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：选择第一喷射时间(TINJ1)，使得要被喷射的总燃料量(Q)与第一部分燃料量(Q1)之间的差超过预定阈值。
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