CN112823239A - 直接喷射发动机的燃烧室中的喷射时间的估计电路和包括估计电路的控制装置 - Google Patents

直接喷射发动机的燃烧室中的喷射时间的估计电路和包括估计电路的控制装置 Download PDF

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Abstract

一种估计电路(112)，其能够耦合到喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)，所述喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)包括：控制单元(3)，所述控制单元(3)生成驱动信号(V+、V‑)；以及第一喷射器(7；7A)，所述第一喷射器(7；7A)能够耦合到所述控制单元，以便接收所述驱动信号并且作为响应在具有等于喷射时间(t1)的持续时间的时间间隔期间将第一燃料喷射到燃烧室(11)中。所述估计电路(112)包括：电容器(110)，所述电容器(110)在所述估计电路耦合到所述喷射系统时经受取决于所述驱动信号的电压(VC)；以及比较器电路(120)，所述比较器电路(120)基于所述电压(VC)与至少一个阈值(VS)之间的比较结果来生成输出信号(Vout)，所述输出信号指示所述喷射时间。

Description

直接喷射发动机的燃烧室中的喷射时间的估计电路和包括估 计电路的控制装置
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2018年9月17日提交的意大利专利申请号102018000008651的优先权，其整个公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种直接喷射发动机的燃烧室中的喷射时间的估计电路并且涉及包括所述估计电路的控制装置。
现有技术
如已知的，直接喷射发动机包括机电系统，所述机电系统允许燃料被喷射到汽车的一个或多个燃烧室中。具体地，喷射到这些发动机中的燃料例如是汽油(主要燃料)或汽油与另外的燃料的混合物(代用燃料)，例如像甲烷或LPG(呈液体或气态形式)。在下文中，参考呈气态形式的代用燃料(在下文中定义为气体)而不会损失其一般特征。
图1示意性地示出已知类型的直接喷射系统(在下文中简单地定义为系统)1，其使用汽油和气体的混合物作为要喷射到燃烧室11中的燃料。
详细地，系统1包括：第一发动机控制单元(ECU)3和第二发动机控制单元(ECU)5，以及分别电耦合到所述第一ECU 3和所述第二ECU 5的第一多个喷射器(具体地，电喷射器)7和第二多个喷射器9。此外，第一多个喷射器7和第二多个喷射器9被设计来分别将汽油和气体喷射到燃烧室11和进气歧管13中，所述进气歧管13继而借助于一个或多个进气阀(未示出)连接到所述燃烧室11。
第一多个喷射器7和第二多个喷射器9中的每个喷射器具有正端子和负端子。
具体地，第一多个喷射器7的每个喷射器借助于分别连接到第一多个喷射器7中的所述喷射器的负端子和正端子的第一驱动线6和第二驱动线8而电耦合到所述第一ECU 3。
类似地，第二多个喷射器9的每个喷射器借助于分别连接到第二多个喷射器9中的所述喷射器的负端子和正端子的第三驱动线12和第四驱动线14而电耦合到所述第二ECU5。
在系统1中，第一多个喷射器7中的喷射器的成子组件(例如，成对)的正端子可共享同一第二驱动线8。以此方式，第一多个喷射器7中的喷射器的成子组件的正端子由对应的第一ECU 3同时驱动。另一方面，以举例的方式，第二多个喷射器9中的喷射器的正端子分别连接到对应的第四驱动线14。
第一ECU 3在使用中通过借助于第一驱动线6和第二驱动线8控制第一多个喷射器7来调节进入燃烧室11的汽油喷射。类似地，第二ECU 5通过借助于第三驱动线12和第四驱动线14控制第二多个喷射器9来调节进入进气歧管13的气体喷射。
详细地，第一多个喷射器7中的每个喷射器由结合到第一ECU 3的第一集成逻辑16控制。类似地，第二多个喷射器9中的每个喷射器由结合到第二ECU 5的第二集成逻辑26控制。此外，第一多个喷射器7中的喷射器独立于彼此进行操作。类似地，第二多个喷射器9中的喷射器独立于彼此进行操作。
针对第一多个喷射器7中的每个喷射器，第二ECU 5还包括：对应的模拟负载17(例如，线圈)，所述对应的模拟负载17具有第一端子18和第二端子19；以及对应的开关24，所述对应的开关24布置在所述第一集成逻辑16的对应的第一中央单元输出端子20与所述第一多个喷射器7中的对应的喷射器的所述第一驱动线6之间。
具体地，开关24能够将对应的第一中央单元输出端子20与第一多个喷射器7中的对应的喷射器的负端子(闭合步骤)或与模拟负载17的第二端子19(断开步骤)电连接。详细地，开关24的闭合步骤和断开步骤由第二集成逻辑26控制(开关24与第二集成逻辑26之间的连接未示出)。模拟负载17的第一端子18与第一集成逻辑16的对应的第二中央单元输出端子21以及连接到对应的喷射器7的第二驱动线8连接。
开关24是固态装置，例如具有附接的驱动电路的一对MOSFET晶体管。
第一多个喷射器7和第二多个喷射器9中的每个喷射器在电气上等效于一系列电感分别为Li,1和Li,2的电感器以及电阻分别为Ri,1和Ri,2的电阻器(未示出)。例如，电感Li,1、Li,2介于1mH与2mH之间并且电阻Ri,1、Ri,2介于1Ω与2Ω之间。此外，第一多个喷射器7或第二多个喷射器9中的每个喷射器具有以已知方式定义为所述喷射器的电感Li,1、Li,2与电阻Ri,1、Ri,2之间的比率的相应时间常数τi,1和τi,2；例如，所述时间常数τi,1、τi,2具有介于0.3ms与2ms之间的值，例如，1ms。
此外，模拟负载17在电路级被建模为分别具有电感Lem和电阻Rem的一系列电感器和电阻器(未示出)。具体地，电感Lem与第一多个喷射器7的电感Li,1具有相同的数量级。此外，电感Lem被表征为定义为电感Lem与电阻Rem之间的比率的时间常数τem。在一些情况下，电感Lem可例如相对于电感Li,1变化多达-50％或+100％，此类变化不会显著修改系统1的操作和/或性能。在实践中，模拟负载17的时间常数τem通常包括在区间τi,1+ΔT中，其中ΔT包括在-0.5*τi,1与τi,1之间。
在使用中，系统1可根据不同操作步骤进行操作，如下文所述。具体地，出于简洁和易于理解的原因，将参考属于第一多个喷射器7中的单个喷射器(在图1中用参考标号7A指示)的操作，然而不会损失一般特征。事实上，相同的考虑适用于相同的第一多个喷射器7中的其他喷射器，所述其他喷射器可相对于喷射器7A同时或顺序操作。在下文中，进一步假设气体喷射在汽油喷射之后(即，汽油喷射与气体喷射的命令之间不存在重叠)。然而，在一些情况下，气体喷射可在汽油喷射命令期间执行，即，第二ECU 5可控制第二多个喷射器9，使得第一多个喷射器7将气体喷射至少部分地临时叠加到汽油喷射命令。
在第一步骤中，第二集成逻辑26控制开关24，以便使开关24闭合并且使模拟负载17的第二端子19浮接。以此方式，从操作角度来看，模拟负载17与第一ECU 3断开，而喷射器7A的负端子借助于第一驱动线6连接到第一ECU 3的第一中央单元输出端子20。
在此第一步骤中，喷射器7A接收电压驱动信号，例如，脉冲信号(大致上，方波)。驱动信号继而生成电流I，所述电流I流动到喷射器7A中。借助于此驱动信号，喷射器7A被控制，以便在一定时间间隔期间将汽油喷射到燃烧室11中，所述时间间隔具有等于由第一ECU3设定的第一喷射时间t1的持续时间。
在操作上，第一喷射时间t1的精确估计由在喷射器7A中的电流I超出第一阈值电流Is1(例如等于足以打开喷射器7A的电流I的最小值)的瞬时(指示为第一阈值瞬时ts1)与电流I落到低于第二阈值电流Is2(即，当电流I不再能够使喷射器7A保持打开)的时间瞬时(指示为第二阈值瞬时Is2)之间流逝的时间给出。第二阈值电流Is2例如等于或低于第一阈值电流Is1。
此外，当喷射器7A被控制来将汽油引入燃烧室11中时，第一多个喷射器中的剩余喷射器7可能是不活动的，即，第一ECU 3不会向所述喷射器供应驱动信号。因此，第一多个喷射器中的剩余喷射器7经历零电压。出于此目的，对应的第一中央单元输出端子20和第二中央单元输出端子21具有相同的电压。替代地，第一多个喷射器7中的剩余喷射器可与喷射器7A同时被启动，以便在相同的第一喷射时间t1内将汽油喷射到燃烧室11中。大致上并且具体地在静止条件下，第一喷射时间t1对于第一多个喷射器7中的任何喷射器是相同的。
此外，在此第一步骤中，第二ECU 5控制第二多个喷射器9，使得它们在汽油喷射期间是不活动的。
在第二步骤中，第二集成逻辑26控制喷射器7A的开关24以使所述开关24断开。以此方式，模拟负载17的第二端子19与第一中央单元输出端子20连接，而喷射器7A的负端子保持浮接。在此第二步骤中，第一ECU 3的驱动信号大致上生成第一步骤中使用的相同驱动信号。然而，驱动信号不会到达喷射器7A，因此不会被命令来将另外的汽油喷射到燃烧室11中。此外，大致上，模拟负载17被大约等于电流I的电流(在图1中由I'指示)穿过。
当第二ECU 5检测到系统1进行气体喷射所需的条件(例如，温度和压力)的存在时，发生前述喷射器7A的开关24的切换；这些条件由系统1中的集成传感器系统(未示出)以本身已知的方式检测到。
在第二步骤期间，第二多个喷射器9中的每个喷射器由第二集成逻辑26通过对应的驱动信号(例如，电压驱动信号)控制，以便将气体喷射到进气歧管13中。就这一点而言，第二多个喷射器9中的每个喷射器的负端子通过对应的第三驱动线12连接到第二集成逻辑26的对应的第一中央单元输出端子27。
此外，第二多个喷射器9中的每个喷射器的正端子通过相应的第四驱动线14连接到第二集成逻辑26的对应的第二中央单元输出端子28。以此方式，第二集成逻辑26能够向第二多个喷射器9中的每个喷射器发送对应的驱动信号，使得每个喷射器在一定时间间隔期间将气体喷射到进气歧管13中并且因此喷射到燃烧室11中，所述时间间隔具有等于第二喷射时间t2的持续时间，所述第二喷射时间t2基于参数(例如像除了第一喷射时间t1以外，气体的类型、第二多个喷射器9中的喷射器中的气体的温度和压力)以及基于发动机参数(例如像发动机转数和负载)以本身已知的方式进行计算。因此，第二喷射时间t2是第二ECU5控制第二多个喷射器9中的每个喷射器以便喷射一定量的气体的时间，所述量以本身已知的方式取决于由第一多个喷射器7中的每个喷射器喷射的汽油的量。具体地，通过改变燃料的类型，发动机的发动机参数保持不变，使得发动机即使在从汽油到气体供应的过渡期间也会维持常规操作。
在操作上，第二ECU 5估计第一喷射时间t1；随后，第二ECU 5计算第二喷射时间t2。
图2示出系统1的电气量特性的时间趋势。具体地，将参考仅基于汽油操作的系统，如先前参考第一步骤所述。
具体地，图2示出以下电气量：喷射器7A的正端子和负端子上的电压，所述电压分别由V+(曲线图30)和V-(曲线图38)指示并且它们之差定义喷射器7A的驱动信号；以及喷射器7A中的电流I(曲线图42)。具体地，电压V-和V+由第一集成逻辑16分别在它们的第一中央单元输出端子20和第二中央单元输出端子21上生成；此外，第一集成逻辑16实现电压驱动。
更详细地，根据电压V-和V+并且因此根据由第一集成逻辑16施加的驱动信号，有可能总体上识别四个步骤：峰值步骤、保持步骤、去磁步骤和断开步骤。
详细地，系统1首先处于断开步骤中(即，当第一ECU 3不向喷射器7A供应驱动信号时)，其中电压V+、V-两者相等，例如为7.5V，使得喷射器7A的正端子与负端子之间的电势差(在下文中由ΔV指示)为零。因此，对应的电流I为零。后续时间瞬时t3对应于峰值步骤的起点，其中使喷射器7A的正端子处于例如约67V；另一方面，喷射器7A的负端子接地(即，零电压)。以此方式，打开喷射器7A。在峰值步骤中，喷射器7A中的电流I迅速上升(第三曲线图42的部分44)，直到在时间瞬时t4处达到例如10A。在此情况下，具有与电感器的电气行为等效的电气性能的喷射器7A逐渐通过电流I充电。
在时间瞬时t4之后，存在保持步骤，其中喷射器7A的电压V+首先为零，以便使喷射器7A部分放电，然后根据脉冲波形(未必周期性的，例如像方波形式)而变化，其中值的范围在0V与13V之间(后一值例如由蓄电池(未示出)提供)。以此方式，电流I根据锯齿图案而变化，其中值包括在例如3A与4A之间。在保持步骤中，电压V-仍为零。
参照断开步骤，其涉及电压降ΔV为约零，使得对应于喷射器7A的螺线管阀保持关闭。此外，在断开步骤开始之前，表示喷射器7A的电感器由于去磁脉冲的使用(下文所述)而被放电。在图2中，电流I在时间瞬时t5中归零。
参照去磁步骤，其包括喷射器7A的驱动信号的符号反转。具体地，一个或多个去磁脉冲被施加到喷射器7A的负端子，因此使正端子保持接地，使得喷射器7A趋向于关闭，并且因此电流I迅速下降达到期望值(未必为零)。例如，这些去磁脉冲具有约70V的最大值和等于或小于100μs的持续时间。以此方式，表示喷射器7A的电感器被临时强制放电，从而引起电流I的急剧降低。
鉴于上文，图2示出第一去磁脉冲40A，其在从时间瞬时t6(曲线图42的部分46)开始的保持步骤期间生成。第二去磁脉冲40B恰好在从时间点t7开始的断开步骤开始之前生成，以便引起电流I的急剧降低，所述电流I的急剧降低如上文所提及在时间瞬时t5处消失。一般地，下文参考喷射循环以指示在时间瞬时t3与t5之间的时间间隔中执行的操作。
同样参考图1和图2，如先前所提及参考电流I'以指示在模拟负载17中流动的电流(例如，具有朝向开关24的正方向)，如果开关24在喷射循环期间断开，则大致上所述电流将具有参考电流I所述的相同的趋势。在此情况下，汽油喷射实际上将不会发生，但电流I'仍可用于确定喷射模拟时间tem的估计值(等于第一喷射时间t1)。
如上文所预期，第二ECU 5估计第一喷射时间t1(或喷射模拟时间tem)，即喷射器7A打开并且向(将向)燃烧室11中喷射汽油的时间间隔的持续时间。指示喷射器7A的关闭/打开的状态并且因此更重要地用于确定第一喷射时间t1的电量是电流I。不同解决方案可供用于测量电流I，然后估计第一喷射时间t1。
根据第一已知解决方案，分流元件(未示出)沿着第一驱动线6布置在第一中央单元输出端子20与开关24之间。具体地，分流元件是电阻RSh例如介于20mΩ与200mΩ之间的电阻器。
在使用中，当第一ECU 3驱动喷射器7A(或就气体喷射而言驱动模拟负载17)时，分流元件由生成与电流I(或电流I')成比例的电压降ΔVah的电流穿过。此电压降ΔVah通常通过差动放大器或通过仪表放大，然后通过阈值比较器与一个或多个阈值电压进行比较。在比较结束时，比较器向第二ECU 5供应输出电压，所述第二ECU 5估计第一喷射时间t1。
遗憾的是，此解决方案有一些缺点。事实上，分流元件被设计来具有低电阻值RSh，以便不会显著地影响第一多个喷射器7(或模拟负载17)的驱动。因此，分流元件由高值(甚至大约数十安培，如先前参考图2所示)的电流穿过，从而使得所述分流元件难以正确地散热。此外，电压降ΔVSh为数mV，并且因此必须通过差动放大器或通过仪表放大。具体地，仪表放大器必须对共用模式不敏感，所述共用模式具有例如约60V至100V的值。然而，难以找出能够满足此要求的市售仪表放大器或阈值比较器。因此，复杂的是设计适合离散部件和降低生产成本目的的分流元件和放大器或比较器。
另一解决方案使用霍尔传感器而非分流元件来检测电流I。具体地，根据此另一解决方案，霍尔传感器布置在第一中央单元输出端子20与开关24之间。
在使用中，用霍尔传感器对电流I进行检测以与借助于分流元件获得的检测类似的方式发生。具体地，霍尔传感器生成电压输出，所述电压输出称为接地并且与电流I(或就驱动模拟负载17而言，电流I')成比例。随后，直接将电压输出与来自阈值比较器的一个或多个阈值电压进行比较。接着向第二ECU 5供应比较器的输出，所述第二ECU 5估计第一喷射时间t1。霍尔传感器不会在系统1上引入显著的另外的电压降，并且对共用模式几乎不敏感。
然而，此另一解决方案也有缺点。具体地，难以找出能够检测相对小的电流(例如，数安培的电流)而不会对测量引入噪音的霍尔传感器。此外，霍尔传感器在输出端处具有缓慢响应，在有必要过滤测量以减少噪音时尤其缓慢。此外，霍尔传感器通常相当昂贵。
GB 2521820描述一种用于确定信号的导数以检测螺线管衔铁的移动的方法。GB2521820此外提供通过使用电阻器和差动放大器检测到在螺线管中流动的电流的可能性。
EP 1533503描述一种用于通过检测完成致动的瞬时来控制电动致动器的装置。
因此并不已知易于制造且廉价并且可准确地估计第一喷射时间t1且因此允许确定第二喷射时间t2的方法和系统。
发明目标
本发明的目标是提供一种至少部分地克服现有技术的缺点的针对喷射时间的估计电路。
本发明提供一种估计电路、包括所述估计电路的控制装置以及估计方法，如所附权利要求中所定义。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将参考附图仅通过非限制性实例描述本发明的优选实施方案，其中：
-图1示出直接汽油和气体喷射系统的框图；
-图2示出图1的系统的电气量特性随时间推移的趋势；
-图3示出包括本发明的控制装置的喷射系统的框图；
-图4示出图3的系统的特性量随时间推移的趋势；
-图5至图8和图11示出包括本发明的控制装置的另一些实施方案的喷射系统的等效电路；
-图9示出图3的系统的变型的框图；并且
-图10示出图9的系统的特性量随时间推移的趋势。
本发明的优选实施方案
图3示意性地示出直接喷射系统(在下文中简单地定义为系统)100，其使用汽油和气体的混合物作为燃料。图3所示的与图1已经示出的元件对应的元件用相同的参考标号指示并且将不再进一步描述。此外，为了有利于理解本发明，未示出第二多个喷射器9。另外，下文以举例的方式参考一种系统，其利用直接喷射在吸热受控点火发动机的其中一个燃烧室中操作。
详细地，系统100包括测量电路112，所述测量电路112结合到第二ECU(这里由505指示)并且在下文中仅关于耦合到喷射器7A的部分进行描述，由此不会损失其一般特征。第二ECU 505表示控制装置。具体地，第二ECU 505和与其连接的第二多个喷射器9可以关于第一ECU 3的操作透明的方式并且以可释放的方式电气地插置在第一ECU 3与第一多个喷射器7中的喷射器之间。此外，考虑到第一多个喷射器7中的每个喷射器，第二ECU 505电气地插置在此喷射器的端子与第一中央单元输出端子20和第二中央单元输出端子21之间。
在以下描述中，为简洁起见参考第二ECU 505始终耦合到第一ECU 3的情况。
更详细地，测量电路112包括：测量电阻器105，所述测量电阻器105具有第一端子，所述第一端子连接到第二驱动线8，然后连接到第一集成逻辑16的第二控制单元端子21；以及测量电容器110，所述测量电容器110具有：第一端子，所述第一端子连接到测量电阻器105的第二端子，从而一起形成共用节点125；以及第二端子，所述第二端子连接到第一集成逻辑16的第一中央单元输出端子20。
更详细地，测量电阻器105具有例如介于50Ω与1MΩ之间(例如，10kΩ)的电阻Rm。此Rm值意味着测量电阻器105的存在基本上不会修改喷射器7、模拟负载17以及上文所述的相对电流的操作。
测量电容器110具有例如介于l00 pF与10μF之间(例如，47nF)的电容Cm。另外，测量电容器110具有时间常数τm，所述时间常数τm大约等于测量电阻器105的电容Cm与电阻Rm之间的乘积。
测量电路112还包括阈值发生器115，所述阈值发生器115生成阈值电压VS并且具有连接到第一集成逻辑16的第一中央单元输出端子20的第一端子。此外，测量电路112包括阈值比较器120，所述阈值比较器120具有分别连接到阈值发生器115的第二端子以及共用节点125的第一输入端和第二输入端。
在本发明的实施方案中，测量电容器110具有一定电容，使得其自身的时间常数τm是使得测量电容器110的端部处的电压趋势(在下文中用VC指示)大致上在喷射器7A中再现电流I的趋势。出于此目的，时间常数τm逼近喷射器7A的电感器Li,1的时间常数τi,1。例如，时间常数τm可包括在区间[0.5*τi,1-2*τi,1]中。此外，测量电容器110的时间常数τm可包括在区间[0.5*τem-2*τem]中，其中如上文所解释，τem指示模拟负载17的时间常数。
在使用中，系统100根据参考图1所述的步骤进行操作。此外，为了更简单地阐述，仅参考喷射器7A的操作，然而不会损失一般特征。
具体地，在前述第一步骤中(即，当开关24闭合时)，第一集成逻辑16分别对其第一中央单元输出端子20和第二中央单元输出端子21施加前述电压V-和V+。因此，电流I*(由第一ECU 3供应)进入第二中央单元输出端子21，而在第一中央单元输出端子20上存在大约-I*的电流。
电流I*的第一部分在测量电阻器105中流动并且加载测量电容器110，所述测量电容器110经受时变电压VC。大致上，电流I*的第一部分可忽略不计。电流I*的第二部分在喷射器7A中流动，因此构成前述电流I。此外，由于测量电容器110的时间常数τm大约等于喷射器7A(或模拟负载17)的时间常数τi,1，因此电压VC具有随时间推移的趋势，所述趋势大致上等于喷射器7A中的电流I随时间推移的趋势。因此，基于电压VC，有可能估计第一喷射时间t1。
以相同方式，在第二步骤中(即，当开关24断开并且模拟负载17连接到第一中央单元输出端子20时)，第一集成逻辑16再次施加前述电压V-和V+。因此，模拟负载17被电流I'通过，所述电流I'大约等于电流I。此外，测量电容器110和测量电阻器105经受与它们在第一步骤期间经受的电刺激相同的电刺激(即，它们被相同的电流流过)。因此，测量电容器110上的电压VC遵循在第一步骤期间遵循的相同趋势。因此，基于电压VC，仍有可能估计前述喷射时间tem。一般地，下文参考可能的喷射时间t1'以指示汽油喷射对于每个喷射循环可能发生的时间间隔的持续时间。因此，可能的喷射时间t1'与开关24的闭合状态无关。在实践中，如果开关24在可能的喷射时间t1'的整个持续时间内保持闭合，则此整个持续时间与前述第一喷射时间t1重合；反之亦然，如果开关24在可能的喷射时间t1'的整个持续时间内保持断开，则此整个持续时间与前述喷射模拟时间tem重合。因此，可能的喷射时间t1'指示电压V-和V+，但不取决于开关24的状态。此外，可能的喷射时间t1'可基于电压VC来确定。
通过阈值比较器120将测量电容器110的电压VC与阈值发生器115的阈值电压VS进行比较。在比较之后，阈值比较器120向第二集成逻辑26发送输出电压Vout，从这开始第二集成逻辑26估计可能的喷射时间t1'并且计算第二喷射时间t2。随后，以本身已知的方式，第二集成逻辑26控制喷射器9以便喷射期望量的气体。
更详细地，输出电压Vout是指示电压VC分别超出阈值电压VS和变得低于阈值电压VS的时间瞬时ts1*、ts2*的逻辑信号。大致上，时间瞬时ts1*、ts2*分别等于时间瞬时ts1、ts2，如图4定性地示出。因此，可能的喷射时间t1'可被估计为等于时间瞬时ts1*与ts2*之间的差。
详细地，图4示出图3的系统的电气量特性的趋势。具体地，图4的与图2的电气量对应的电气量在图4中用相同的参考标号指示并且不再进一步描述。
与图2所示的在开关24永久闭合的同时发生馈送循环的情况不同，图4是指以下情况：在馈送循环期间并且具体地在保持步骤期间，开关24从闭合切换到断开。详细地，开关24在时间瞬时tsw中切换。
鉴于上文，图4示出存在于第二中央单元输出端子21上的电流I*的趋势(第四曲线图142)。此趋势具有包括在时间瞬时t3与tsw之间的第一部分144和包括在时间瞬时tsw与t5之间的第二部分146。电流I和模拟负载17中的电流I的趋势分别大致上等于电流的I*的前述第一部分144和第二部分146。
图4还示出第五曲线图150，其表示测量电容器110在参考图2所述的不同操作步骤中的电压VC的趋势。详细地，第四曲线图150具有趋势，所述趋势大致上具体地关于靠近时间瞬时t3和t5的部分与第四曲线图142的趋势相同。另一方面，由于开关24的切换，因此靠近电流峰值并且在时间瞬时tsw之后的部分中发生更大偏差，此后者中的偏差因此当开关24在喷射循环期间不切换时不存在。
最终，图4还示出与输出电压Vout的实例相关的第六曲线图152。
由于测量电容器110上的电压VC大致上具有与电流I*的趋势成比例的趋势的事实，因此由阈值比较器120生成的输出电压Vout仍指示可能的喷射时间t1'，而不管在供应循环期间已经发生开关24的转换的事实。
图5更详细地示出阈值发生器115的实施方案。
具体地，阈值发生器115包括：电流发生器160，所述电流发生器160连接到阈值节点161和处于供应电压VDD下的供应节点163；以及阈值电阻器162，所述阈值电阻器162插置在阈值节点161与第一集成逻辑16的第一中央单元输出端子20之间。阈值电阻器162具有例如等于47kΩ的电阻RS。
电流发生器160生成阈值电流Ith，在假设比较器120具有高阻抗的情况下，所述阈值电流Ith在阈值电阻器162中流动，从而在此阈值电阻器162中生成电压降。以此方式，阈值电阻器162具有阈值电压VS。
在此实施方案中，电流发生器160例如是电流镜。
图6示出阈值发生器115的另一个实施方案；具体地，图6所示的与图5所示的元件对应的元件在图6中用相同的参考标号指示并且不再进一步描述。
阈值发生器115包括：阈值二极管170，所述阈值二极管170与电流发生器160串联布置；以及阈值电容器172，所述阈值电容器172与阈值电阻器162并联布置。具体地，阈值二极管170具有分别连接到阈值节点161和阈值电流发生器160的阴极和阳极。阈值电容器172具有分别连接到阈值节点161和第一中央单元输出端子20的端子。此外，阈值电容器172具有例如等于10nF的电容CS。
本发明的配置有利地可用于在存在去磁脉冲40A、40B的情况下维持恒定阈值电压VS。事实上，去磁脉冲40A、40B可致使阈值电压VS在阈值电流发生器160失灵的情况下显著变化。
具体地，阈值二极管170允许阈值电流发生器160与阈值电阻器162之间的连接的瞬时断路，以便防止阈值电流Ith朝向供应节点163流动。此外，阈值电容器172具有定义为阈值电阻器162的电容CS与电阻RS之间的乘积的时间常数τS。为了在去磁脉冲期间维持恒定阈值电压VS，时间常数τS可例如大于所述去磁脉冲的持续时间的五倍。此外，此配置允许容忍供应电压VDD低于电压V-的短时间段。
图7示出阈值发生器115的另外的实施方案。具体地，图7所示的与图6所示的元件对应的元件在图7中用相同的参考标号指示并且不再进一步描述。
阈值发生器115包括补偿发生器180，所述补偿发生器180是具有分别连接到第一中央单元输出端子20和接地的端子的电流发生器。在操作上，补偿发生器180被设计来使阈值电流Ith的至少部分从第一中央单元输出端子20开始向接地端放电。
此配置可有利地用于减少测量电路112对第一多个喷射器7的操作的干扰。事实上，通过从第一中央单元输出端子20减去阈值电流Ith，有可能避免阈值电流Ith的部分朝向喷射器7A的负端子流动。
图8示出阈值发生器115的另外的实施方案。具体地，图8所示的与图7所示的元件对应的元件在图8中用相同的参考标号指示并且不再进一步描述。
详细地，系统100包括第一限制二极管201，例如像齐纳二极管。具体地，第一限制二极管201具有分别连接到第一中央单元输出端子20和共用节点125的阳极和阴极。
出于实际目的，第一限制二极管201允许限制测量电容器110的端部处的电压VC，其具有以下优点。
详细地，在峰值步骤中电流I的迅速增加期间，喷射器7A由于磁饱和呈现非线性现象。此类现象(主要在高电流值I(例如，在峰值步骤中为10A)存在时)可能引起前述电流I相对于理想情况的突然变化。此外，这些电流变化I同样相对于测量电容器110的端部处的电压VC的趋势更快，原因是电压VC具有更接近理想情况的性能。因此，对由第一限制二极管201引入的电压VC的限制允许避免对可能的喷射时间t1'的可能的过高估计。
此外，图8的系统100包括串联布置的第二限制二极管203和第三限制二极管205以及限制电阻器207。
第二限制二极管203的阴极和阳极分别连接到第三限制二极管205的阴极以及共用节点125。此外，第三限制二极管205是齐纳二极管，所述齐纳二极管的阳极连接到限制电阻器207的第一端子，所述限制电阻器207的第二端子连接到第二中央单元输出端子21。
在操作上，图8所示的配置允许出于下文所述的原因改进系统100的性能。
详细地，申请人已观察到在断开步骤中电流I如何比测量电容器110的端部处的电压VC降低得更快。此差异可表示可能的喷射时间t1'的过高估计的另外的因素。此配置表示问题的解决方案，原因是第二限制二极管203和第三限制二极管205以及限制电阻器207允许加快测量电容器110的放电。在实践中，第二限制二极管203在充电步骤中与第三限制二极管205断开，从而使得第三限制二极管205与限制电阻器207一起仅进行放电。另一方面，第一限制二极管201仅在充电步骤期间限制电压。
图9示出系统100的另外的实施方案，其现在仅参考相对于图3所示的实施方案的差异进行描述。
详细地，系统100包括校正电路130，所述校正电路130具有连接到喷射器7A的负端子和正端子的两个输入端。具体地，校正电路130是去磁脉冲检测器，即，其生成指示去磁脉冲40A、40B的开始瞬时的检测信号并且向第二ECU 505的第二集成逻辑26供应所述检测信号。第二ECU 505的第二集成逻辑26接着计算可能的喷射时间t1'的改进的估计值，所述改进的估计值被估计为在时间瞬时ts1*与当最后一个去磁脉冲40B在时间瞬时ts2*之前开始时的时间瞬时tdf之间流逝的时间。这解决了下文参考图10所述的问题。
详细地，除了电流I*的电压VC以及输出电压Vout的趋势的实例之外，图10示出用132指示并且包括一对相应的去磁脉冲40A'、40B'的电压V-的趋势的实例。就这一点而言，申请人已观察到，在断开步骤期间，测量电容器110上的电压VC比电流I更缓慢地降低。因此，可能发生可能的喷射时间的过高估计(用t1'*指示)。
图11示出本发明的系统的另一个实施方案。详细地，图11示出系统300，其具有与图7所示的系统100的一般结构类似的一般结构，使得与参考图7所示和所述部分相同的部分在图11中用相同的参考标号指示。
具体地，系统300具有另外的测量电路112'，所述另外的测量电路112'与测量电路112相同，下文所述的差异除外。因此，另外的测量电路112'的元件用与测量电路112的对应的元件相同的参考标号加上顶点指示。此外，另外的测量电路112'以与测量电路112相同的方式连接到第一ECU 3的第一中央单元输出端子20和第二中央单元输出端子21。
详细地，另外的测量电路112'是使得大于阈值电压VS的另外的阈值电压VS'设定在阈值电阻器162'上。大致上，电压VC和VC'具有与在第一ECU 3的第二中央单元输出端子21上生成的电流I*成比例的相同趋势。输出电压Vout'指示电压VC'分别超出阈值电压VS'和变得低于阈值电压VS'的时间瞬时ts1**、ts2**。此外，第二集成逻辑26将可能的喷射时间t1'估计为等于时间瞬时ts1**与ts2*之间的时间间隔。
本发明的实施方案有利地可用于以下情况：在峰值步骤之前，电压V+为非零(例如，具有脉冲趋势)，在所述情况下相对于峰值步骤的实际发生可能会不正确地预期可能的喷射时间t1'的起点，只要阈值电压VS可用即可。
由第二ECU 505表示的本发明的控制装置有若干优点。
具体地，本发明的控制装置包括电路，所述电路用于：估计喷射时间，从而允许获得汽油喷射时间的高效和精确估计；以及将电压信号与一个或多个阈值进行比较而无需诉诸直流电流测量。此外，估计电路使用离散部件并且因此是廉价的，功率消耗较低并且散热需求减少。另外，估计电路由易于寻找的大小较小的部件构成。
此外，如先前已经提及的，控制装置不会干扰直接喷射系统的正常操作，原因是所述控制装置以相对于第一ECU透明的方式(即，不会引起此第一ECU的操作的任何修改)插置在第一ECU与第一多个喷射器之间。
最后，显然可对本文所述和所例示的估计电路进行修改和变化，而不由此脱离如所附权利要求所定义的本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种估计电路(112)，所述估计电路(112)能够耦合到喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)，所述喷射系统包括：
-控制单元(3)，所述控制单元(3)被配置来生成驱动信号(V+、V-)；
-第一喷射器(7；7A)，所述第一喷射器(7；7A)能够耦合到所述控制单元以便接收所述驱动信号并且作为响应在与喷射时间(t1)具有相同持续时间的时间间隔期间将第一燃料喷射到燃烧室(11)中；
所述估计电路(112)包括：
-第一电容器(110)，所述第一电容器(110)在所述估计电路耦合到所述喷射系统时经受取决于所述驱动信号的第一电压(VC)；以及
-比较器电路(120)，所述比较器电路(120)被配置来基于所述第一电压(VC)与至少第一阈值(VS)之间的比较结果来生成第一输出信号(Vout)，所述第一输出信号指示所述喷射时间。
2.根据权利要求1所述的估计电路，其中所述控制单元(3)包括第一和第二节点(20、21)并且被配置来分别在所述第一节点和所述第二节点上生成第一和第二电信号(V+、V-)，所述驱动信号是基于所述第一电信号和所述第二电信号；并且其中所述第一喷射器(7；7A)具有第一端子和第二端子；并且其中，当所述估计电路(112)耦合到所述喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)时，所述估计电路(112)电气地插置在所述第一喷射器的所述第一端子和所述第二端子与所述控制单元的所述第一节点和所述第二节点之间；所述估计电路还包括第一电阻器(105)；并且其中，当所述估计电路耦合到所述喷射系统时，所述第一电容器(110)和所述第一电阻器连接在所述第一节点与所述第二节点之间。
3.根据权利要求2所述的估计电路，其中所述第一电容器(110)具有耦合到所述第一电阻器(105)的第一端子和被配置来耦合到所述第一节点(20)的第二端子；所述估计电路(112)还包括阈值发生器(160、162；160、162、170、172；160、162、170、172、180、201、203、205、207)，所述阈值发生器(160、162；160、162、170、172；160、162、170、172、180、201、203、205、207)包括：
-第二电阻器(162)，所述第二电阻器(162)具有耦合到所述第一电容器的所述第二端子的第一端子；以及
-第一电流发生器(160)，所述第一电流发生器(160)被配置来将阈值电流(Ith)喷射到所述第二电阻器的第二端子中，使得第一参考电压(VS；VS')设定在所述第二电阻器上；
并且其中所述比较器电路(120)被配置成使得所述第一阈值(VS；VS')是基于所述第一参考电压。
4.根据权利要求3所述的估计电路，其中所述阈值发生器(160、162；160、162、170、172；160、162、170、172、180、201、203、205、207)还包括：第二电容器(172)，所述第二电容器(172)与所述第二电阻器(162)并联耦合。
5.根据权利要求3或4所述的估计电路，其中所述阈值发生器(170、172；160、162、170、172、180、201、203、205、207)还包括：第一二极管(170)，所述第一二极管(170)插置在所述电流发生器(160)与所述第二电阻器(162)之间。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的估计电路，其中所述阈值发生器(160、162、170、172、180、201、203、205、207)还包括：第二电流发生器(180)，所述第二电流发生器(180)耦合到所述第二电阻器(162)的所述第一端子并且被配置来消耗在所述第二电阻器中流动的所述阈值电流(Ith)的至少部分。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的估计电路，其还包括：第一齐纳二极管(201)，所述第一齐纳二极管(201)与所述第一电容器(110)并联耦合。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的估计电路，其中所述第一电容器(110)的所述第一端子耦合到所述第一电阻器(105)的第一端子，所述估计电路(112)还包括：串联电路(203、205、207)，所述串联电路(203、205、207)与所述第一电阻器(105)并联耦合并且包括：
-第三电阻器(207)；
-第二齐纳二极管(205)；以及
-第二二极管(203)；
并且其中所述第二二极管的阳极和所述第二齐纳二极管的阴极朝向所述第一电阻器的所述第一端子转向。
9.一种控制装置，其能够耦合到喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)并且包括：
-根据权利要求2至8中任一项所述的估计电路(112)，所述控制装置还包括开关(24)；
-电感负载(17)；以及
-逻辑单元(26)，所述逻辑单元(26)能够耦合到第二喷射器(9)，所述第二喷射器(9)能够被控制，以便将不同于第一燃料的第二燃料朝向燃烧室喷射，所述逻辑单元被配置来基于第一输出信号(Vout)来控制所述第二喷射器(9)；
-并且其中所述开关(24)能够由所述逻辑单元控制成使得当所述估计电路耦合到所述喷射系统时，驱动信号交替地施加到第一喷射器(7)或所述电感负载。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其中第一电容器(110)被配置来在所述控制装置(505)耦合到所述喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)时以取决于第一时间常数(τem)的定时充电；并且其中所述电感负载(17)被配置成使得当所述开关(24)向所述电感负载施加所述驱动信号时，对应的电流(I')穿过所述电感负载，所述电流根据取决于第二时间常数(τem)的相应定时而变化；并且其中所述第一时间常数落在范围[0.5*τem-2*τem]中，其中τem指示所述第二时间常数。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中所述逻辑单元(26)被配置来基于所述第一输出信号(Vout)来确定：初始瞬时(ts1*)，其中第一电压(VC)超出第一阈值(VS)；以及最终瞬时(ts2*)，其中所述第一电压下降到低于所述第一阈值；并且其中所述逻辑单元(26)被配置来基于所述初始瞬时(ts1*)和所述最终瞬时(ts2*)来控制所述第二喷射器(9)。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其中所述第一喷射器(7)被配置成使得在所述第一喷射器接收到所述驱动信号时，电流(I)穿过所述第一喷射器；并且其中第二电信号包括多个脉冲，所述多个脉冲被配置来致使穿过所述第一喷射器的所述电流减少；所述控制装置(505)还包括检测电路(130)，所述检测电路(130)被配置来电耦合到所述第一喷射器(7)并且检测中间瞬时(tdf)，其中所述第二电信号的最后一个脉冲在所述最终瞬时(ts2*)之前发生；并且其中所述逻辑单元(26)还被配置来：
-基于所述初始瞬时(ts1*)和所述中间瞬时(tdf)来计算所述喷射时间(t1)的改进的估计；并且
-基于所述改进的估计来控制所述第二喷射器(9)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的控制装置，其还包括：
-第三电容器(110')，所述第三电容器(110')在所述控制装置(505)耦合到所述喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)时经受基本上等于所述第一电压(VC)的第二电压(VC')；以及
-另外的比较器(120')，所述另外的比较器(120')被配置来基于所述第二电压与不同于所述第一阈值的第二阈值(VS')之间的比较结果来生成第二输出信号(Vout')；
并且其中所述逻辑单元(26)被配置来基于所述第一输出信号和所述第二输出信号来控制所述第二喷射器(9)。
14.一种系统，其包括：
-根据权利要求10所述的控制装置(505)；以及
-喷射系统(3、6、7、8、9、12、14)；
并且其中第一喷射器(7)被配置成使得当其接收到驱动信号时，根据取决于第三时间常数(τi,1)的定时而变化的电流(I)穿过所述第一喷射器；并且其中第一时间常数τm落在范围[0.5*τi,1-2*τi,1]内，其中τi,1指示所述第三时间常数。
15.一种用于确定喷射系统(100)中的喷射时间的估计值的方法，所述喷射系统(100)能够耦合到燃烧室(11)并且包括第一喷射器(7；7A)和控制单元(3)，所述第一喷射器能够耦合到所述控制单元(3)，以便接收由所述控制单元生成的驱动信号(V+、V-)，并且作为响应在具有等于所述喷射时间(t1)的持续时间的时间间隔期间将第一燃料喷射到所述燃烧室中；
所述方法包括以下步骤：
-将第一电容器(110)耦合到所述喷射系统，使得所述第一电容器经受取决于所述驱动信号的第一电压(VC)；以及
-将比较器电路(120)耦合到所述喷射系统，使得所述比较器电路(120)基于所述第一电压(VC)与至少第一阈值(VS)之间的比较结果来生成第一输出信号(Vout)，所述第一输出信号指示所述喷射时间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制单元(3)包括第一和第二节点(20、21)并且被配置来分别在所述第一节点和所述第二节点上生成第一和第二电信号(V+、V-)，所述驱动信号是基于所述第一电信号和所述第二电信号；并且其中所述第一喷射器(7；7A)具有第一端子和第二端子；
所述方法还包括以下步骤：
-在所述第一节点与所述第二节点之间连接所述第一电容器(110)和第一电阻器(105)，使得所述第一电容器(110)和所述第一电阻器(105)插置在所述第一喷射器的所述第一端子和所述第二端子与所述控制单元的所述第一节点和所述第二节点之间。
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