CN111133185A - 使用噪声信号的燃料喷射器控制 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射器(12)包括噪声传感器(60)，该噪声传感器(60)固定到燃料喷射器的主体(28)，以记录与控制阀和针的末端行程相关的敲击。

Description

使用噪声信号的燃料喷射器控制
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射器闭环控制方法。
背景技术
闭环控制是燃料喷射设备的主要改进，其中电子命令单元根据从喷射器接收的代表喷射器的实际操作的传感器信号不断地调节它发送到所述喷射器的命令信号。已经提出了用于将传感器布置在喷射器上的若干实施方式，并且EP1961952没有具体细节地提出了将若干传感器组合在燃料喷射器主体的顶端上的传感器模块的概念。
于2017年6月30日提交的申请GB1710526.3提出在喷射器的电连接器的固定衬套中布置噪声传感器，所述传感器包括夹在并压缩在基部垫圈和弹簧垫圈之间的压电垫圈。没有精确地详述控制方法本身。
发明内容
因此，本发明的目的是通过提供一种燃料喷射器来解决上述问题，该燃料喷射器包括主体，在该主体中，电子阀与针阀构件相协作以实现或防止燃料喷射。在使用中，电子阀移动而打开或关闭溢流孔口，以改变控制室中的压力，并且针阀构件在所述控制室的压力的影响下移动以打开或关闭喷射孔。在使用中，当到达所述溢流孔口的关闭位置时以及当到达所述溢流孔口的完全打开位置时，所述主体被所述电子阀撞击。当到达所述喷射孔的关闭位置时以及当到达所述喷射孔的完全打开位置时，所述主体还被针阀构件撞击。所述撞击由固定到主体的噪声传感器记录，所述传感器产生表示所述撞击的信号。
燃料喷射器还包括三端子电连接器，其中两个端子连接到电子阀，第三端子连接到噪声传感器。
此外，噪声传感器包括压电陶瓷垫圈，压电陶瓷垫圈被压缩在基座和接地金属垫圈之间，所述压电陶瓷垫圈连接到所述第三销。
本发明还扩展到一种内燃发动机的燃料喷射设备，该燃料喷射设备包括多个如上所述的燃料喷射器以及适于控制该设备并执行闭环控制方法的电子命令单元(ECU)。
本发明还涉及一种适于控制上述燃料喷射设备的ECU。
本发明还涉及一种控制如上所述的燃料喷射器的方法，所述方法包括：
当喷射器是新的时执行的参考阶段，所述参考阶段包括以下步骤：-测量参考喷射事件正时并将所述值存储在命令单元的存储器中；以及
在喷射器的寿命期间执行的操作阶段，所述操作阶段包括以下步骤：
-记录噪声传感器的粗略信号；
-对所述粗略信号积分以到时候产生累积信号；
-识别所述累积信号中的斜率变化，所述斜率变化表示敲击；
-确定实际喷射事件正时；
-将实际值与参考值对比；
-计算电子阀命令驱动脉冲校正数据；
-通过调节电子阀控制驱动脉冲持续时间来调节随后喷射事件的燃料量。
操作阶段还包括以下步骤：
-将校正数据存储在ECU的存储器中，以用于随后的燃料供应控制校正，以便确保长期车辆排放稳定性。
此外，在识别步骤期间：
-第一斜率变化表示电子阀到达完全打开位置；
-第二斜率变化表示针阀构件到达完全打开位置；
-第三斜率变化表示电子阀到达关闭位置；
-第四斜率变化表示针阀构件到达关闭位置。
附图说明
现在参照附图通过实施例描述本发明，其中：
图1是具有闭环控制的燃料喷射设备的示意图(需要向泵添加ECU的控制件，可以看到它被赋予标号69)。
图2是图1的设备的燃料喷射器的示意图，在所述喷射器的顶部固定有根据本发明的集成有噪声传感器的电连接器。
图3、图4和图5是图2中的喷射器的视图和截面图。
图6、图7、图8和图9是喷射器的截面图，详细示出了产生敲击信号的区域。
图10是在喷射器的操作期间噪声传感器的粗略信号。
图11是图10的噪声电压的积分，分析该噪声电压以控制喷射器的操作。
具体实施方式
图1示出了内燃发动机的柴油燃料喷射设备10的示意图，液压回路以虚线表示，控制以实线表示。
所示的设备10具有六个燃料喷射器12，并且沿着液压流流动方向，燃料F通过供给泵16从燃料箱14中抽取并输送到高压泵18，其中所述燃料被加压并被送到高压共轨20。共轨20中的压力由与压力传感器24相关联的高压排出阀22控制，并且根据测量的压力，高压排出阀22关闭或打开用于使过量燃料返回到燃料箱14并降低共轨内部压力的返回管路。布置在高压泵18的入口处的另一个阀(未示出)也用于共轨压力控制。保留在共轨20中的燃料F被输送到六个喷射器12，燃料中的一部分被喷射以满足发动机扭矩和功率需求，另一部分用于操作喷射器，然后经由另一返回管路返回到燃料箱14。
已知许多其它的液压结构取决于发动机而具有或多或少的喷射器，或者没有轨道，喷射器由无轨道设备中的泵直接供给。
设备10由电子控制单元26控制，此后称为ECU，该ECU执行闭环方法100。
除了发动机操作数据和要求之外，ECU 26从喷射器12和压力传感器24接收信号，并且所接收的所述信号被集成在发送到阀22、发送到泵18的入口处的所述另一个阀以及发送到喷射器12的命令信号的计算中。
例如，如果由传感器24测量并发送到ECU 26的共轨内部压力低于发动机所需的压力，则ECU向阀22发送命令信号以关闭返回管路，从而内部压力可以升高到所需的水平。相反，如果由传感器24测量的共轨内部压力太高，则ECU向阀发送命令信号以打开所述返回管路，以便使过量的燃料返回到燃料箱，并使共轨内部压力下降。
图2中概略示出了柴油燃料喷射器12，该柴油燃料喷射器12包括沿着纵向轴线X延伸并适于插入到设置在发动机缸体中的井孔中的细长主体28。所述主体28在顶端30至末端32之间延伸，所述顶端在使用中保持位于井孔的外部，所述末端在井孔的内部，并且燃料从所述末端喷射在发动机的气缸中。在所述主体28中布置有针阀构件34，该针阀构件34在一孔中在防止燃料喷射的关闭位置CPN和实现喷射的完全打开位置OPN之间被轴向X引导。所述针34在限定上止动面36的头部和限定闭合面38的末端之间延伸。
在针的关闭位置CPN，闭合面38被推动成密封接触抵靠限定在主体中的针座40，从而防止燃料通过在所述针座下游开口的喷射孔喷射。当打开时，闭合面38远离针座40提升，从而能够实现燃料喷射，并且当到达针的完全打开位置OPN时，止动面36抵靠主体的互补止动面41，该互补止动面使针的向上移动停止。
为了将针从一个位置移动到另一个位置，电子阀42被命令在完全打开位置OPV和关闭位置CPV之间移动，分别打开和关闭溢流孔口，以使控制室45中捕获(其中针头延伸到该控制室45中)的燃料能够离开并朝向燃料箱返回或防止该燃料离开并朝向燃料箱返回。电子阀42具有主体，在该主体中螺线管43与磁性衔铁和杆组件44配合。当通电时，螺线管产生将衔铁和杆组件44朝向所述打开位置OPV吸引的磁场。当到达关闭位置CPV(图7)时，杆敲击阀体而关闭阀座，从而堵塞所述溢流孔口；当到达完全打开位置OPV(图6)时，衔铁和杆44组件接触并敲击喷射器主体的另一面。在阀的关闭位置CPV，控制室45中的压力升高，将针推向关闭位置CPN，并且当电子阀42打开OPV溢流孔口时，控制室45中的压力下降，并且针朝向打开位置OPN提升。
在位移的两个末端，针的面撞击主体的面。在关闭位置CPN，闭合面38敲击在座40上(图9)，在完全打开位置OPN(图8)，针的止动面36敲击在主体的互补止动面41上。在图中由在接触部分的区域中绘制的圆表示的所述敲击K产生在主体中沿着轴向方向X传播的声波。
燃料喷射器还包括布置在喷射器主体上的噪声传感器60。在所示的实施方式中，所述传感器60被压缩在喷射器主体和螺钉头58之间，传感器产生与针到达关闭位置CPN或完全打开位置OPN的敲击K以及阀到达关闭位置CPV或完全打开位置OPV的敲击相关的信号S60。所述敲击K的声波在主体中极其快速地行进，并且与产生所述敲击的撞击几乎同时地产生信号S60。
噪声传感器60包括夹在钢制基座构件64和钢制抗震构件66之间的有源压电构件62。基座构件64抵靠喷射器主体，并且通过绝缘垫圈68与喷射器主体电绝缘，而在压电构件的相对侧的抗震构件66正好在螺钉头58下方，并且经由所述螺钉56电连接到喷射器主体和电接地。所述三个构件是垫圈，其在中心开孔以便固定螺钉56延伸穿过。
喷射器还包括电连接器46，电连接器46具有用于连接螺线管43的两个端子47和用于连接噪声传感器60的第三端子48，并且如图3所示，该电连接器通过喷射器的顶端布置，短接导线49将噪声传感器60互连到所述第三端子48。在优选实施方式中，所述电连接器46仅包括三个端子，意味着不多于三个端子。
现在描述喷射器操作的关键步骤。
在初始的第一步骤中，螺线管43不通电，阀处于关闭位置CPV且针处于关闭位置CPN。
在随后的第二步骤中，ECU 26发送打开命令信号，该打开命令信号迫使阀移动到打开位置OPV。当到达所述完全打开位置OPV时，产生第一敲击Kl。
当溢流孔口打开时，控制室压力下降，针移动到打开位置OPN。当到达所述完全打开位置OPN时，产生第二敲击K2。
在第三步骤中，ECU结束对螺线管的通电，并且在弹簧的推动下，阀移动回到关闭位置CPV。当到达所述关闭位置时，产生第三敲击K3。
当溢流孔口现在关闭时，控制室压力再次升高，针朝向关闭位置CPN移回。当到达所述关闭位置CPN时，产生第四敲击K4。
图10和图11相关，因为图10示出了粗略的传感器信号S60，而图11示出了累积信号S60。
参考图10，图10在X-Y曲线图(X轴是以微秒(μs)为单位的时间，Y轴是以伏特(V)为单位的)上示出了在实验室中绘制的由传感器60产生的粗略信号S60的曲线以及表示通常称为燃料喷射速率或喷射速率(缩写为ROI)的实际燃料喷射量的曲线。
图11与图10共用相同的X轴，并显示了传感器信号S60的累积曲线，该曲线因而更加平滑，四种敲击Kl-K4中的每一种都通过斜率的变化很好地识别。在该曲线上可以识别发生所述敲击的时间区域：
第一敲击Kl在大约800μs发生；
第二敲击K2在大约1400μs发生；
第三敲击K3在大约2400μs发生；
第四敲击K4在大约3000μS发生。
同样，沿着X-时间轴，喷射持续时间(曲线FC)大约为2200μs，即从800μs到3000μs。在800μs处开始喷射(FC)表示阀的实际打开甚至更早发生，第一敲击Kl仅表示阀的行程的结束。阀的打开的开始是已知的，因为其对应于ECU给螺线管的打开命令信号。第一敲击Kl的确定使得能够精确地确定阀的打开行程时间。
而且，为了在3000μs处结束喷射，阀必须在大约600μs之前关闭CPV。
在其寿命操作期间，喷射器的特征将由于部件的磨损而漂移。闭环方法100的目的在于将该漂移考虑到校正因子中，以便总是喷射期望的燃料量。
闭环控制方法100包括以下步骤：
-在所有之前(参考阶段A)，当喷射器是新的时，在将喷射器安装在发动机上之前，在测试台上测量参考值并将参考值存储在ECU中(方法步骤Al)。所述参考值映射包括燃料压力、发动机RPM、发动机扭矩需求的若干操作条件。对于每个所述操作条件，存储所喷射的燃料量或所喷射的燃料的参考量；阀的打开时间持续时间，每个敲击Kl-K4之间的正时持续时间。
-然后，当安装在发动机上(操作阶段B)时，在喷射器的操作寿命期间运行，在ECU中记录粗略传感器信号S60(方法步骤Bl)，并且产生信号的累积曲线(方法步骤B2)。然后分析所述累积曲线以识别斜率突然变化(方法步骤B3)，所述突然变化代表敲击Kl-K4。随后确定每个敲击Kl-K4之间的正时持续时间(方法步骤B4)，然后将其与在步骤Al存储的参考值对比(方法步骤B5)。如果喷射器已经老化并且已经发生漂移，则ECU计算校正的驱动脉冲(方法步骤B6)，并且在随后的循环中，调节发送到阀的命令信号(方法步骤B7)，使得尽管喷射器磨损，但喷射的燃料量尽可能保持等于参考量。
例如，如果在步骤A1存储了600μs的第一敲击Kl和第二敲击K2之间的参考持续时间正时(1400μs至800μs)，并且如果确定实际持续时间为650μs，则发生了50μs的漂移，并且为了补偿所述漂移，应当将阀的打开命令提前50μs发送，以便校正发动机热力学循环内的喷射正时。
正时持续时间的漂移主要由于部件的机械磨损而发生，因此所述漂移不是守时事件，这种漂移保持并重复，这就是为什么在已经计算所述校正数据之后将该校正数据存储并在随后的喷射循环中自动应用的原因(方法步骤B8)。
参考文献列表
F 燃料
X 纵向轴线
S18 发送到泵的命令信号
S42 发送到电子阀的命令信号
S60 传感器产生的信号
ROI 喷射速率-燃料量
K 敲击
CPN 针的关闭位置
OPN 针的打开位置
CPV 阀的关闭位置
OPV 阀的打开位置
10 燃料喷射设备
12 喷射器
14 燃料箱
16 供给泵
18 高压泵
20 共轨
22 高压排出阀
24 压力传感器
26 电子控制单元-ECU
28 喷射器主体
30 主体的顶端
32 主体的末端
34 针阀构件
36 针的止动面
38 针的闭合面
40 主体的针座
41 主体的互补止动面
42 电子阀
43 螺线管
44 衔铁和杆组件
45 控制室
46 电连接器
47 连接螺线管的端子
48 连接噪声传感器的端子
49 导线
56 固定螺钉
58 螺钉头
60 噪声传感器
62 压电构件
64 基座构件
66 抗震构件-接地垫圈
68 绝缘垫圈
100 方法
A 参考阶段
Al 生成和存储参考值
B 操作阶段
B1 记录
B2 积分
B3 识别
B4 确定
B5 对比
B6 计算
B7 调节
B8 储存

Claims (8)

1.一种燃料喷射器(12)，所述燃料喷射器(12)包括主体(28)，在所述主体(28)中，电子阀(42)与针阀构件(34)相协作以实现或防止燃料喷射，所述电子阀(42)移动而打开或关闭溢流孔口以改变控制室(45)中的压力，并且所述针阀构件(34)在所述控制室的压力的影响下移动以打开或关闭喷射孔，在使用中，当到达所述溢流孔口的关闭位置(CPV)时以及当到达所述溢流孔口的完全打开位置(OPV)时，所述主体(28)被所述电子阀(42)撞击，当到达所述喷射孔的关闭位置(CPN)时以及当到达所述喷射孔的完全打开位置(OPN)时，所述主体(28)还被所述针阀构件(34)撞击，所述撞击由固定到所述主体的噪声传感器(60)记录，所述传感器产生表示所述撞击的信号(S60)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(12)，所述燃料喷射器(12)还包括三端子电连接器(46)，其中两个端子(47)连接到所述电子阀，第三端子(48)连接到所述噪声传感器(60)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器(12)，其中，所述传感器(60)包括压缩在基座(64)和接地金属垫圈(66)之间的压电陶瓷垫圈(62)，所述压电陶瓷垫圈连接到所述第三销(48)。
4.一种内燃发动机的燃料喷射设备(10)，所述设备(10)包括多个根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射器(12)以及适于控制所述设备并执行闭环控制方法(100)的电子命令单元(ECU 26)。
5.一种适于控制根据权利要求4所述的燃料喷射设备(10)的电子命令单元。
6.一种用于控制根据权利要求1至5中任一项所述的燃料喷射器(12)的方法(100)，所述方法(100)包括：
当所述喷射器(12)是新的时执行的参考阶段(A)，所述参考阶段(A)包括以下步骤：
Al)测量参考喷射事件正时并将所述值存储在命令单元(26)的存储器中；以及
在所述喷射器(12)的寿命期间执行的操作阶段(B)，所述操作阶段(B)包括以下步骤：
(Bl)记录所述噪声传感器的粗略信号；
(B2)对所述粗略信号积分以到时候产生累积信号；
(B3)识别所述累积信号中的斜率变化，所述斜率变化表示敲击(Kl-K4)；
(B4)确定实际喷射事件正时；
(B5)将实际值与参考值对比；
(B6)计算电子阀(42)命令驱动脉冲校正数据；
(B7)通过调节电子阀控制驱动脉冲持续时间来调节随后喷射事件的燃料量。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其中，所述操作阶段(B)还包括以下步骤：
(B8)将所述校正数据存储在所述ECU(26)的所述存储器中，以用于随后的燃料供应控制校正，以便确保长期车辆排放稳定性。
8.根据权利要求6或7所述的方法(100)，其中，在识别步骤(B3)期间：
-第一斜率变化(Kl)表示所述电子阀到达所述完全打开位置(OPV)；以及
-第二斜率变化(K2)表示所述针阀构件到达所述完全打开位置(OPN)；以及
-第三斜率变化(K3)表示所述电子阀到达所述关闭位置(CPV)；以及
-第四斜率变化(K4)表示所述针阀构件到达所述关闭位置(CPN)。
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