CN111051682A - 用于喷射器的状态检测的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于喷射器的状态检测的装置包括：喷射器，其用于将燃料喷射到发动机燃烧室中；开关，其被构造为根据喷射器的状态来改变喷射器的开关状态；以及评估单元，其用于检测开关的开关状态，其中，开关的第一开关接点与喷射器的电输入导线连接，并且开关的第二开关接点接地，评估单元被构造为具有针对流入喷射器和开关的电流的第一电流测量器以及针对流入喷射器的电流的第二电流测量器。

Description

用于喷射器的状态检测的装置

技术领域

本发明涉及一种用于喷射器的状态检测的装置或具有相应的状态检测装置的喷射器，以及一种用于确定喷射器状态的方法。

背景技术

喷油嘴或喷射器通常用于向发动机的燃烧室中喷射燃料。在这种情况下，如果控制单元被告知喷射器的确切开启时间，使得例如对于由喷射器排出的燃料的喷射量存在特别窄的误差带，则对于存在这种喷射器的发动机是有利的，在喷射器的产品总寿命方面同样是有利的。

另外，如果已知喷射器释放燃料的确切喷射时间，则对于发动机的大量控制或监视功能是有利的。

从现有技术中已知针对喷射器的状态检测使用电开关。在这种情况下，当喷射器未通电且喷射器的阀针未移动或确保没有燃料从喷射器逸出时，该开关是闭合的。一旦阀针从其阀座中移出，电开关就改变其状态，即，转变为断开或闭合状态。当阀针移回阀座时，开关再次更改其状态。

在对喷射器的状态检测的最简单形式中，喷射器的壳体中总共接有四条导线，在该壳体中还布置有开关。两条导线是为喷射器自身提供的，而另两条导线是分配给开关的。然而，这样做的缺点是，以这种方式设计的单元需要耗费大量的电缆。

如果使用3级或4级插头，即3或4条导线通过开关而连接到喷射器，则检测电路无需进行额外的工作。另一方面，由于多个构件和尺寸较大的连接部件，这种情况意味着需对喷射器进行额外的工作。

在这种形式的变型(同样于现有技术中已知)中，开关接点(Schalterkontakte)被布置为不直接接触喷射器的壳体或被绝缘地布置在喷射器的壳体中。这样的代表方案在图1中示出。此处，开关的一极通过电阻与喷射器的引脚或操纵喷射器的电磁阀的引脚连接。开关的另一极也与喷射器的壳体连接。在这种情况下，喷射器自身通常与接地，例如在车辆上使用时，地可以是发动机缸体。在这种实施方式中，仅两条电缆或导线从壳体引出。

在正常操作中，喷射器或操纵喷射器的电磁阀被施加电压，由此触发阀针的机械和/或液压运动。阀针的运动再次将开关断开或闭合。例如可以规定，通过移除电压来闭合开关。

这种状态检测的问题在于，在电压在喷射器或电磁阀上的施加/移除与开关触发(即，使阀针移出阀座或移回阀座)之间可能存在不确定的时间延迟，因为阀针的机械和/或液压运动具有一定的惯性。当电压仍施加在喷射器或电磁阀上时，开关才会断开，或者在长时间延迟的情况下，仅在电压已被移除时，开关才会断开。类似的行为也出现在开关闭合的情况中。在闭合阶段，电压可能会或者也可能不会施加在喷射器或电磁阀上。

尽管存在上面列出的缺点，但是测量通过开关的电流以检测开关状态，这继而可以得出喷射器处于喷射状态还是关闭状态的结论。必须考虑到的是，不能对开关加载较大电流，并且出于效率原因，在电阻的辅助下，电流被限制为几毫安。

只要喷射器或电磁阀未被激活，就必须通过喷射器或电磁阀(线圈)的与开关连接的引脚来施加输出电压(通常为12或48伏的车辆电池电压)。图2示出了借助于测量电路(未示出)来检测在刚刚描述的情况下的电流的情形。例如，在图2中假设流过电阻和开关的电流为10mA。因此可以看到喷射器未通电但开关闭合时的状态。

喷射器或电磁阀与开关同时运行之后，必须将几安培的额外电流馈入喷射器或电磁阀。图3示出了这种情形。例如，假设流经喷射器或电磁阀的电流的典型值为10A。

从现有技术中已知在装置的输入导线上进行电流测量。在这种情况下，相对容易地区分“断电(stromlos)”状态和“当喷射器/电磁阀未通电时开关闭合”状态。然而，如果较大电流(例如10A)流经喷射器或磁线圈并且在开关闭合时仅增加几毫安，这则非常具有挑战性。由于电流较小的变化，检测器必须非常灵敏。

从0mA到10mA的跳变很容易被检测到。但是，从10A到10.01A的变化则比较困难，因为相对电流增加仅为0.1％。如果检测电路的分辨率不够高，则存在这样的风险，即这种较小的增加会被认为是电流中的干扰或噪声。因此，针对分辨率为0.1％的数字系统，最低要求为至少10位系统。在这种情况下，0.1％的变化意味着由于系统分辨率所导致的最小不确定性。因此，利用这样的高分辨率系统，不可能在值的实际变化与电流强度中的干扰或噪声之间做出准确无误的区分。还需要后续滤波器以提高检测可靠性。

这意味着必须使用具有信号滤波功能的、特别高分辨率的系统进行电流测量，这会由于滤波而导致令人烦扰的时间延迟，这是不被期望的副作用。因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，并提供一种优于已知的现有技术的用于喷射器的状态检测的装置。

发明内容

这通过根据权利要求1所述的装置来实现，通过该装置不需要信号滤波并且也不再需要昂贵的高分辨率电流测量装置。此外，本发明即使在导致电流强度的波动的嘈杂环境中也能够清楚地检测开关状态。另外，利用本发明，还可以利用从容置有喷射器的壳体引出的仅两条缆线来操作喷射器。尽管使用低分辨率电流表进行状态检测，也不再需要第三根甚至第四根缆线。

根据本发明的用于喷射器的状态检测的装置包括：喷射器，其用于向发动机燃烧室中喷射燃料；开关，其被构造为根据喷射器的状态来改变喷射器的开关状态；以及评估单元，其用于检测开关的开关状态，其中，开关的第一开关接点与喷射器的电输入导线连接，并且开关的第二开关接点接地。根据本发明的装置的特征还在于，评估单元被构造为具有针对流入喷射器和开关的电流的第一电流测量器以及针对流入喷射器的电流的第二电流测量器。

电流测量器应被理解为是指能够得出关于流入导线的电流的结论的任何测量器。在这种情况下，直接测量电流并非绝对必要。

因此，本发明提供了一种关于如下问题的解决方案：如何使用两条缆线来驱动喷射器并且在这种情况下能够同时将这两条缆线用于检测开关状态而不会由于信号噪声和有限的分辨率而造成不确定性。与其中绝对地测量电流或电压并且将该测量值与预定水平(10A或10.01A)进行比较的现有技术相反，本发明使用差值测量。在这种情况下，流入喷射器(或流入容置有喷射器的壳体)的电流和流出喷射器的电流被测量。借助于考虑这两个测量值进行的评估，可以对喷射器进行状态检测，在该状态检测中消除了叠加电流的所有干扰因素，从而可以特别精确地检测开关状态。

这一点优选在评估单元还被构造为基于第一电流测量器和第二电流测量器之间的测量值之差来确定开关的开关状态的情况下实现。这两个值之差会自动消除所有叠加信号。其结果是只有流过开关的电流。这与现有技术中使用的非对称测量相比可以实现的优点是，消除了所有干扰信号和补偿电流。干扰会以相同的程度影响两个电流测量值，因此通过后续形成差值不会使结果受到影响。如果开关是闭合的，则在形成差值之后会产生很小的信号，但是很容易被检测到。

这种情况下，与现有技术相比，检测开关状态的方式具有创造性。取代通过上拉或下拉电阻来测量绝对电压，或绝对地测量电流并试图确定开关状态变化的增加，而是对称地测量流向喷射器并再次从喷射器流回的电流。这两个测量值之差用作指示开关状态变化的指示符。在这种情况下是有利的是，对称测量消除了叠加的干扰电流和噪声。在这种情况下，得到的结果对应于通过开关的电流值。在理想情况下，可以省去后续对该结果进行滤波。

根据本发明的可选改进方案，喷射器被构造为在喷射状态和关闭状态之间切换，其中，开关进一步在喷射器处于喷射状态时呈现第一开关状态并且在喷射器关闭时呈现第二开关状态。因此，例如可以规定，当喷射器处于喷射状态(在该喷射状态中喷嘴针转至或已经转为伸出状态)时，开关处于闭合状态。另一方面，如果喷嘴针再次返回到其初始复位位置(在该初始复位位置中，喷射器未被给予燃料)，则开关转为断开状态。

因此，开关的状态取决于喷射器的状态。

优选可以规定，第一开关接点通过电阻与喷射器的输入导线连接。

这确保了可以将开关闭合时流过的电流设置为较低的值，从而不会过度降低整体能效。在这种情况下，应注意的是，第一电流测量器是在通向电阻的导线的连接点前方设置的。在这种情况下，必须确保第一电流测量器不仅测量流经开关的电流，还测量流经喷射器的电流。

可以进一步规定，第二开关接点与喷射器的电路连接到同一地，在这种情况下，地优选是车辆的车身或发动机缸体。在这种情况下，第二开关接点也可以通过如下方式与接地：通过与喷射器壳体连接，而喷射器本身又接地。因此，可以提供这样的喷射器壳体：仅具有允许特别简单的操作的、通向外部的两条缆线或接点。

此外可以规定，评估单元还包括滤波器，以便对通过第一电流测量器和第二电流测量器获得的两个测量值之差进行滤波。

这使得能够更容易地确定开关是否处于特定状态。

根据本发明的可选的改进方案，喷射器和开关被安置于共同的壳体中，该壳体包括输入导线、输出导线和接地线。由于喷射器的接地线通常也借助于所使用的装置或壳体的保护架(Aufnahme)来实现，壳体因而仅可具有恰好两个通向外部的接点(例如导线、插头接点等)。

根据本发明的有利的实施方式，评估单元的第一电流测量器被安置在壳体的输入导线上，并且评估单元的第二电流测量器被安置在壳体的输出导线上。

这确保了可以利用所测量的电流值来获得本发明的可实现的优点。

在这种情况下，壳体的接地线优选与开关的第二接点连接。

此外可以规定，喷射器是电磁阀喷射器，其中，电磁阀优选被构造为引起喷射器的状态改变，该状态改变继而又影响开关的状态改变。

根据本发明的优选实施例，开关由于喷射器部件的运动，优选由于喷射器的阀针的运动而改变其状态。

此外，根据本发明的进一步的改进方案可以规定，喷射器是共轨喷射器。

本发明还涉及一种用于根据权利要求1的前序部分所述的喷射器(2)的状态检测的方法，其中，在该方法中：通过第一电流测量器测量流入喷射器的电流和流入开关的电流之和，通过第二电流测量器测量仅流经喷射器的电流，并且从第一电流测量器与第二电流测量器之差推断出实际流经开关的电流。

可以进一步规定，对第一电流测量器与第二电流测量器之差的结果进行滤波。

本发明还涉及一种具有根据上面讨论的变型方案之一的装置的内燃机。

附图说明

通过下面的附图描述，本发明的其他优点、特征和细节将变得显而易见。附图中示出：

图1-图3：用于解释现有技术的示意图，

图4：根据本发明的装置的示意图，

图5：本发明的第一具体实施例的示意图，并且

图6：本发明的第二具体实施例的示意图。

具体实施方式

已经在说明书的背景技术部分解释了图1至图3。在此，附图标记2表示当其状态改变时闭合或断开开关3的喷射器。在这种情况下，开关3的第一接点经由电阻6与从喷射器2引出的两条导线之一连接。其结果是，当开关3闭合时，电流流过电阻6，该电流又流过装置的壳体8到达地5。

在图2和图3中示出了流动电流的示例性值。图2示出了喷射器2未通电的状态，但是开关3处于闭合状态。通过对电阻6进行相应设计，使得10mA的电流流过开关3。

图3示出了喷射器2通电并且开关3闭合的状态。可以看出，除了流经电阻6和与地5连接的开关3的10mA之外，还有10A流经喷射器2。如果现在希望被告知开关状态，则根据现有技术通常需要确定流入电流，该流入电流是流经开关的电流和流经喷射器2的电流的组合。而这导致在说明书的背景技术部分中更详细讨论的缺点。

图4示出了本发明的示意图。装置1具有喷射器2，该喷射器适用于以配料的方式向发动机燃烧室中释放燃料。为此，喷射器2可以处于没有燃料逸出的第一状态和喷射燃料的第二状态。如果喷射器2处于正在喷射燃料的第二状态，则开关3闭合。由于开关3的第一接点31通过电阻6与喷射器2的电源线21连接，因此来自装置1的能源的电流流过开关3而流向地5方向。开关3的第二接点32与接地5。在这种情况下，该连接可以通过装置1的与接地5的壳体8进行。因此，没有必要必须设置从壳体8引出的另一条导线。这改善了装置1的操作并减少了容易发生故障的部件的数量。在这种情况下，开关3的第二接点32仅与装置1的壳体8连接。

两条导线81、82从壳体8引出，其中，第一导线81具有在壳体8与喷射器2的电流输入之间的到电阻6的分支。从壳体8引出的第二导线82在此使地5与喷射器2的电流输出连接。

此外，在这两条导线81、82上分别设置有电流测量器41、42。两个电流测量器41、42的结果被馈送到差值模块43，其将两个测量值之间的差值作为结果来输出。这使得可以在存在噪声或其他的电流叠加的情况下很容易地检测出流经开关3的相对较小的电流。

还可以规定，评估单元4集成在壳体8中。

图5示出了本发明的具体实施方式。在此，电流从控制逻辑9向喷射器(为简单起见，这里将喷射器表示为喷射器线圈23)和电阻6方向输出。在进行电流在通过电阻方向的地5和通过喷射器线圈23方向的地5之间的分配之前，通过分流电阻411和运算放大器412来测量电流强度。在这种情况下，第一电流测量器41测量流经电阻6的电流I_CT和流经喷射器的电流I_HS。

在这种情况下，第二电流测量器42也借助于分流电阻421进行测量，其中流经分流电阻的电流由另一运算放大器422来确定。两个运算放大器412和422具有相同的放大系数k。另外，运算放大器(OPV)412和422的两个输出被提供给差值模块43。因此，可以确定两个分流电阻411和421两端压降的电压差，并将该电压差传递至滤波器7。由于分流电阻411和421两端压降(通过两个OPV 412和422放大系数k被放大)基本上与流经分流电阻的电流成正比，因此可以测量流入相应的分流电阻412和422的电流。

图6示出了具有变压器的本发明的另一实施例。作为用运算放大器412和422进行测量的替代方案，也可以使用变压器423。这仅在交流电下起作用，而且还能够检测出开关3被操纵的时间点。在这种情况下，来自变压器423的脉冲的极性指示开关3的断开或闭合。

图6所示的示意性实施方式的基本功能原理在此与以上更详细描述的解决方案相同，因此可以省略详细描述。

本领域技术人员还清楚的是，可以使用大量不同的电路来进行检测，其中仅示出的几个是非常具体的。

如果喷射器未通电，则检测将无法进行。例如，如果所有电流都已经减弱，但由于惯性，喷射器仍处于开启状态。在这种情况下，关闭时间将无法获得。

这可以通过在与电阻连接的喷射器导线上将小电流从车载网络电压经由电阻向馈入喷射器来解决。在这种情况下，永久地作为“补偿电流(Offsetstrom)”流动的几毫安电流同样是足够的，因此即使喷射器根本没有被启动，也可以随时进行检测。

Claims (15)

1.一种用于喷射器(2)的状态检测的装置(1)，包括：

喷射器(2)，其用于将燃料喷射到发动机燃烧室中，

开关(3)，其被构造为根据所述喷射器(2)的状态来改变所述喷射器的开关状态，以及

评估单元(4)，其用于检测所述开关(3)的开关状态，

其中，

所述开关(3)的第一开关接点(31)与所述喷射器(2)的电输入导线(21)连接，并且

所述开关(3)的第二开关接点(32)接地(5)，

其特征在于，

所述评估单元(4)被构造为具有针对流入所述喷射器(2)和所述开关(3)的电流(I_HS，I_CT)的第一电流测量器(41)以及针对流入所述喷射器(2)的电流(I_LS)的第二电流测量器(42)。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述评估单元(4)还被构造为：基于所述第一电流测量器(41)的测量值与所述第二电流测量器(42)的测量值之差来确定所述开关(3)的开关状态。

3.根据前述权利要求中的一项所述的装置(1)，其中，

所述喷射器(2)被构造为在喷射状态与关闭状态之间进行切换，并且

当所述喷射器(2)处于所述喷射状态时，所述开关(3)呈现第一开关状态，并且当所述喷射器(2)处于所述关闭状态时，所述开关(3)呈现第二开关状态。

4.根据前述权利要求中的一项所述的装置(1)，其中，所述第一开关接点(31)经由电阻器(6)与所述喷射器(2)的输入导线(21)连接。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(1)，其中，所述第二开关接点(32)与所述喷射器(2)的电路连接到同一地(5)，所述地(5)优选为车辆的车身或发动机缸体。

6.根据前述权利要求中的一项所述的装置(1)，其中，所述评估单元(4)还包括滤波器(7)，以对通过所述第一电流测量器(41)和所述第二电流测量器(42)获得的两个测量值之差进行滤波。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(1)，其中，所述喷射器(2)与所述开关(3)被布置于公共壳体(8)中，所述壳体具有输入导线(81)、输出导线(82)以及接地线(83)。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其中，所述评估单元(4)的第一电流测量器(41)被布置在所述壳体(8)的所述输入导线(81)上，并且所述评估单元(4)的第二电流测量器(42)被布置在所述输出导线(82)上。

9.根据权利要求7或8中的一项所述的装置(1)，其中，所述接地线(83)与所述开关(3)的第二接点(32)连接。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(1)，其中，所述喷射器(2)是电磁阀喷射器(2)，其中，电磁阀优选被构造为引起所述喷射器(2)的状态改变，该状态改变进而引起所述开关(3)的状态改变。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述开关(3)由于喷射器部件的运动，优选由于所述喷射器(2)的阀针的运动，而改变其状态。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述喷射器(2)是共轨喷射器。

13.一种用于根据权利要求1的前序部分所述的喷射器(2)的状态检测的方法，其中，在所述方法中：

通过第一电流测量器(41)测量流入所述喷射器(2)的电流(I_HS)和流入所述开关(3)的电流(I_CT)之和，

通过第二电流测量器(42)仅测量流经所述喷射器(2)的电流(I_LS)，并且

所述第一电流测量器(41)与所述第二电流测量器(42)之差表示实际流经所述开关(3)的电流(I_CT)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，使所述第一电流测量器(41)和所述第二电流测量器(42)之差的结果经历滤波件(7)。

15.一种具有根据前述权利要求1至12中的一项所述的装置(1)的内燃机。

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