CN113847153A - 用于燃料喷射器控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于检测电磁阀的关闭时间的方法和系统。在一个实施例中，一种方法可包括监测电磁阀的电流，对电流进行滤波，以及基于电流和滤波电流中的每一个确定电磁阀的关闭时间。在一些示例中，电磁阀可以是电致动燃料喷射阀。在一些示例中，确定关闭时间可以包括使用滤波电流来确定电流的拐点。

Description

用于燃料喷射器控制的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月26日提交的题为“METHODS AND SYSTEMS FOR FUELINJECTOR CONTROL”的美国临时申请No.63/045,006的优先权。出于所有目的，通过引用将上述申请的全部内容并入本申请。
技术领域
本文公开的主题的实施例涉及用于燃料喷射器控制的方法和系统。
背景技术
轨道车辆等车辆包括柴油内燃机等动力源。车辆可包括与一个或多个发动机汽缸中安装的一个或多个燃料喷射器流体耦合的一个或多个喷射泵。给定的喷射泵可对燃料加压以输送至一个或多个燃料喷射器中的至少一个。然后，燃料可通过相应的燃料喷射阀流向至少一个燃料喷射器，然后流向动力源的至少一个相应的发动机汽缸，在这里燃料可燃烧以向车辆提供动力。
在一些示例中，一个或多个燃料喷射器中的每一个可以包括在相应的单体泵燃料喷射器组件中，其中一个或多个发动机汽缸中的每一个可以配置有一个或多个喷射泵中的相应一个。因此，对一个或多个发动机汽缸中每一个的燃料喷射可以通过对燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量的精确调整来单独控制。为了完成这样的精确调整，可以采用电致动电磁阀燃料喷射器，它可以响应于打开/关闭电磁阀的命令而接收电流。燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量可以相应地通过调整电磁阀的打开和关闭时间来调整。一旦确定电磁阀关闭，就可以开始燃料喷射。
通过提高电磁阀关闭时间的检测精度，可以相应地提高动力源的效率。因此，存在各种算法，用于转换电磁阀的测量电流的特征以确定关闭时间。例如，可以确定测量电流的二阶导数。一旦电流的二阶导数增加超过阈值，则可以确定电磁阀关闭，并且可以开始燃料喷射。然而，电流的二阶导数可能对低信噪比特别敏感。结果，二阶导数中的虚假尖峰可能在电磁阀关闭之前达到阈值，从而减少对燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量中的每一个的控制。因此，可能希望以更高的精度和/或更低的对伪影的灵敏度来实现检测算法。
发明内容
在一个实施例中，一种方法可包括监测电致动电磁阀的电流，对电流进行滤波，以及基于电流和滤波电流中的每一个确定电致动电磁阀的关闭时间。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的具有一个或多个电致动电磁阀燃料喷射器的车辆的示意图。
图2示出了根据本公开的实施例的用于检测一个或多个电致动电磁阀燃料喷射器的关闭时间的方法的流程图。
图3A和3B示出了示例性电磁阀的测量电流及其二阶导数的曲线图，说明了由一些检测算法提供的异常关闭时间的检测。
图4A和4B示出了根据本公开的实施例的示例性电磁阀的测量电流和滤波电流的曲线图，其中可以利用滤波电流来确定示例性电磁阀的关闭时间。
具体实施方式
本发明的实施例在以下描述中公开，并且可以涉及用于检测电磁阀的关闭时间或关闭点的系统和方法。这种电磁阀可包括在定位在车辆系统中的电致动电磁阀燃料喷射器中。准确检测电磁阀的关闭时间可能有助于提高车辆系统发动机的效率。因此，提供了一种通过利用测量电流的滤波版本确定测量电流的拐点来确定电磁阀的关闭时间的方法。拐点可以解释为电磁阀电感的变化，表示电磁阀关闭。
本文提供的方法的实施例可在每次燃料喷射之前使用，以提供关闭时间的精度的实时更新。因此，在一些实施例中，可以进一步监测关闭时间，以发现表明电磁阀劣化的异常情况。这些实施例的技术效果是可以通过准确表征电磁阀的关闭时间来提高燃料喷射的效率，从而减少由不期望地提前/延迟燃料喷射和劣化电磁阀而导致的问题。因此，可以减轻车辆操作员的挫败感，可以最小化维护成本，并且可以保持车辆运行的一致性，因为随着时间的推移可以更换更少的部件，同时保持排放标准和预期的燃料供给。
图1示出了其中可以安装一个或多个电动燃料喷射器的系统的实施例。具体地，图1示出了车辆系统100的实施例的框图。在所示示例中，发动机连接到车辆并且被描绘为轨道车辆106(例如，机车)。车辆可以通过多个车轮112在轨道102上行驶。如图所示，车辆可包括发动机104。发动机可以包括多个汽缸101(图1中仅示出了一个代表性汽缸)，每个汽缸包括至少一个进气阀103、排气阀105和燃料喷射器107。每个进气阀103、排气阀105和燃料喷射器107可以包括致动器，该致动器可以通过来自发动机的控制器110的信号被致动。在其他非限制性实施例中，发动机可以在固定平台中。合适的固定平台可包括发电厂应用。其他合适的车辆可包括船舶、采矿或工业设备、公路车辆和非公路车辆推进系统。
在一个实施例中，每个燃料喷射器107可以是流体耦合到相应阀109的电致动燃料喷射器，例如比例电磁阀或比例滑阀，其打开和关闭可由控制器调节。因此，控制器可以命令阀门完全关闭、完全打开或处于完全关闭和完全打开之间的位置，以便以期望的燃料流速控制流向燃料喷射器的燃料流(由控制器指示)。
如图所示，阀109可以进一步流体连接到燃料泵111，使得液体燃料可以由燃料泵泵送到燃料喷射器，如阀通过控制器调节的那样。因此，相对于燃料流，燃料泵可以布置在阀的上游，该阀可以布置在燃料喷射器的上游。因此，燃料喷射器、阀和燃料泵可以包括在单体泵燃料喷射器组件113中，该单体泵燃料喷射器组件是与多个汽缸中的相应一个连接的一个或多个单体泵燃料喷射器组件之一。因此，对一个或多个发动机汽缸中的每一个的燃料喷射可以由控制器单独控制。例如，控制器可以基于对相应单体泵燃料喷射器组件的监测来控制一个或多个发动机致动器，以调整燃料喷射正时、燃料喷提前角和/或要喷射到给定汽缸的燃料量。
比例电磁阀和比例滑阀是至少一个阀的示例性实施例，但是可以使用任何合适的控制元件。例如，阀的位置或状态可以通过控制阀的电流进行电气控制。作为另一个示例，阀的位置或状态可以通过控制用于调节阀的伺服电机来进行机械、液压、液压机械、电气、机电、磁或电磁地控制。
发动机可以从进气通道114接收用于燃烧的进气。进气通道114可以包括空气过滤器160，其过滤来自车辆外部的空气。发动机中燃烧产生的排气被供应至排气通道116。排气流经排气通道，并从轨道车辆的排气管中流出。排气通道可以包括排气传感器162，其可以监测排气的温度和/或空燃比，并且可以连接到控制器以向其提供监测数据。
在一个示例中，发动机可以是柴油发动机，其通过压缩点火来燃烧空气和柴油。在另一个示例中，发动机可以是双燃料发动机或多燃料发动机，在压缩空气-气体燃料混合物期间，在喷射柴油燃料时可以燃烧气体燃料和空气的混合物。在其他非限制性实施方式中，发动机可以通过压缩点火(和/或火花点火)额外地燃烧包括汽油、煤油、天然气、生物柴油或其他具有相似密度的石油馏出物的燃料。
合适的轨道车辆可以是柴油电力机车。合适的柴油电力机车可包括干线运输车、重载货物运输车、铁路客运车辆、调车机、转辙机等。柴油电力机车可包括其他动力源，如混合动力(电池)、燃料电池、氢气发动机等。虽然柴油被用作示例燃料，但也可以使用其他燃料。合适的其他燃料可包括汽油、煤油、乙醇、生物柴油、天然气和其组合。如图1所示，发动机可以连接至发电系统，该发电系统包括交流发电机/发电机122和多个牵引电机124。例如，发动机可以是柴油机和/或天然气发动机，其产生的扭矩输出可以传输给交流发电机/发电机，交流发电机/发电机与发动机机械连接。在这里的一个实施例中，发动机104可以是使用柴油和天然气工作的多燃料发动机。
交流发电机/发电机产生的电能可以被存储并随后传输至各种下游电气部件。作为示例，交流发电机/发电机可以电连接至多个牵引电机，并且交流发电机/发电机可以向多个牵引电机提供电力。如图所示，多个牵引电机中的每一个连接到多个车轮之一，以提供牵引力来推动轨道车辆。一种示例性配置可以包括每个车轮组(例如，多个车轮的子集)一个牵引电机。如本文中所描绘的，六个牵引电机可以对应于轨道车辆的六对动轮中的每一对。在另一示例中，交流发电机/发电机可以连接至一个或多个电阻网络126。通过网络从交流发电机/发电机产生的电力产生的热量，电阻网络可以耗散多余的发动机扭矩。额外地或替代性地，电阻网络可用于动态制动模式，以耗散由牵引电机产生的电力。
在一些实施方式中，车辆系统可包括布置在进气通道114和排气通道116之间的涡轮增压器120。涡轮增压器可增加吸入进气通道的环境空气的充气量，以在燃烧期间提供更大的充气密度，从而增加功率输出和/或发动机运行效率。涡轮增压器可包括至少一个压缩机(未示出)，其可至少部分地由至少一个相应的涡轮机(未示出)驱动。在一些实施方式中，车辆系统可以包括后处理系统，该后处理系统连接在涡轮增压器的上游和/或下游的排气通道中。在一个实施方式中，后处理系统可以包括柴油氧化催化剂(DOC)和/或柴油微粒过滤器(DPF)。在其他实施方式中，后处理系统可以附加地或替代地包括一个或多个排放控制装置。这样的排放控制装置可以包括选择性催化还原(SCR)催化剂、三效催化剂、NOx捕集器或各种其他装置或排气后处理系统。
如图1所示，车辆系统可以包括热管理系统150(例如，发动机冷却系统)。冷却系统可以使冷却剂(例如，水、乙二醇等)在发动机中循环，以吸收发动机废热，并将加热的冷却剂分配到热交换器，例如散热器152(例如，散热器热交换器)。合适的冷却剂可以是水。风扇154可以连接至散热器，以在车辆缓慢移动或在车辆停止而发动机运行时维持通过散热器的气流。在一些示例中，风扇速度可以由控制器控制。被散热器冷却的冷却剂可能会进入水箱(未显示)。然后可通过水或冷却剂泵156将冷却剂泵送回发动机或车辆系统的另一部件。
控制器可以控制与车辆相关的各种部件。作为示例，车辆系统的各种部件可以经由通信信道或数据总线耦合到控制器。在一个示例中，控制器可以包括计算机控制系统。控制器可以附加地或可替代地包括存储器，该存储器保存有非暂时性计算机可读存储介质(未示出)，该非暂时性计算机可读存储介质包括用于实现车载监视和轨道车辆操作控制的代码。在一些示例中，控制器可以包括彼此通信的多个控制器，例如用于控制发动机的第一控制器和用于控制轨道车辆的其他运行参数(例如牵引电机负载、鼓风机速度等)的第二控制器。第一控制器可以基于从第二控制器接收的输出来控制各种致动器和/或第二控制器可以基于从第一控制器接收到的输出来控制各种致动器。
控制器可以从多个传感器接收信息，并且可以向多个致动器发送控制信号。控制器在监督发动机和/或轨道车辆的控制和管理的同时，可以从各种发动机传感器接收信号，如本文进一步阐述的，以确定工作参数和工作条件，并相应调整各种发动机致动器，以控制发动机和/或轨道车辆的运行。例如，控制器可以从各种发动机传感器接收信号，包括但不限于发动机转速、发动机负载、进气歧管空气压力、增压压力、排气压力、环境压力、环境温度、排气温度、排气空燃比、微粒过滤器温度，微粒过滤器背压、发动机冷却液压力等。在一些实施例中，各种发动机传感器可以包括耦合到每个燃料喷射阀109的电流传感器115，用于测量其上的电流，电流传感器可通信地连接到控制器，并且配置成向其发送此类电流测量值。冷却剂温度传感器等附加传感器可位于冷却系统中。相应地，控制器可以通过向多个牵引电机、交流发电机/发电机、燃料喷射器、阀(例如阀109)、冷却剂泵等各种部件发送命令来控制发动机和/或轨道车辆。例如，控制器可以控制发动机冷却系统中的限制元件(例如，阀)的操作。控制器控制的其他致动器可以耦合到轨道车辆中的不同位置。
在一个示例中，并且如参考图2详细描述的，提供了一种用于基于测量电流和滤波电流中的每一个确定燃料喷射阀的关闭时间的方法。在一些示例中，关闭时间可以基于测量电流的拐点。确定拐点的示例由图4A和4B的图以图形方式表示。在替代示例中，并且如下面参考图3A和3B所描述的，关闭时间可以基于测量电流的二阶导数，其可以具有比滤波电流更低的信噪比。
现在参考图2，描绘了流程图，示出了用于检测燃料喷射阀的关闭点的方法200。在一些示例中，燃料喷射阀可以是单体泵燃料喷射器组件中的电致动电磁阀。例如，燃料喷射阀可以是图1中的阀109。燃料喷射阀的电流可以被测量和滤波(例如，用低通滤波器)，或以其他方式在数学上衰减。可以监测测量电流和滤波电流以确定测量电流的拐点，该拐点可指示对应于关闭点(例如，燃料喷射阀的运动已基本停止的点)的电感变化。然后，可以使用关闭点来确保期望的燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量按预期实施。
具体而言，由于燃料喷射阀的关闭和燃料喷射的启动(例如，燃料喷射器的针阀升程)之间的差异可能既小又难以预测，燃料喷射阀的关闭点可被控制器有效地替代为启动燃料喷射的最近时间点(因为燃料喷射阀的关闭点可以对应于燃料喷射器暴露于由燃料泵输送的最大上游燃料压力或燃料流量的时间点)。许多其他因素可能决定到汽缸的实际燃料供给，包括凸轮轴压力、整体燃料泵压力、燃料泵入口处的燃料压力、喷射时间、单体泵燃料喷射器组件的喷射管内的燃料体积(在某些示例中相当于要喷射的燃料量)、燃料喷射阀的物理配置，及其组合。例如，根据发动机的应用和工作模式，燃料喷射的启动可以在燃料喷射阀关闭之前开始(例如，一些燃料可以在燃料喷射阀打开时进入汽缸)，或者燃料喷射可以延迟，直到确定燃料喷射阀关闭。
在附加或替代示例中，可在发动机运行期间定期更新关闭点，以便监测和诊断燃料喷射阀的劣化。在一个示例中，可通过模拟和/或测试(实验)数据(例如，存储在map或查找表中)来确定预期关闭点，由此可将检测到的关闭点与预期关闭点进行比较以诊断燃料喷射阀的劣化。
用于执行方法200的指令可由控制器(例如图1的控制器110)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(例如耦合到燃料喷射阀的电流传感器)接收的信号来执行。此外，控制器可根据下文所述的方法200，采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。用于执行方法200的指令和由此生成的对发动机致动器的命令可由控制器和发动机系统自动执行(遵循操作员指令，以预设间隔和/或在预设条件下)。此外，尽管下文参照一个燃料喷射阀描述了方法200，但方法200可以串联或并联应用于车辆系统中多个配置类似的燃料喷射阀。因此，方法200的示例性实施例可以使单体泵燃料喷射器组件中的一个或多个电致动电磁阀的关闭点检测和监测成为可能。
在205，方法200可包括检测和/或估计和/或测量一个或多个发动机工作条件。作为示例，一个或多个发动机工作条件可以包括发动机速度、发动机负荷、发动机温度、环境条件(例如，环境温度、压力、湿度等)、当前操作员扭矩需求、歧管压力、歧管空气流量、燃料温度、排气空燃比等。一个或多个发动机工作条件可由一个或多个与控制器通信连接的传感器测量(例如，排气空燃比可通过排气传感器162直接测量)，或可根据可用数据推断(例如，发动机温度可从由发动机冷却剂温度传感器测量的发动机冷却剂温度估算)。
控制器可以使用一个或多个发动机工作条件来推断发动机工作的当前状态，然后确定发动机工作的当前状态是否适合执行关闭点检测。具体地，在210，方法200可以包括确定是否满足一个或多个关闭点检测条件。例如，一个或多个关闭点检测条件可以包括在控制器处收到的燃料供给请求的发起、自上次确定关闭点以来已经过去阈值持续时间、发动机温度在预定的温度范围内，等等。在一个示例中，关闭点检测可以在每次给定的燃料喷射器(在与给定汽缸相关的给定单体泵燃料喷射器组件中)被命令喷射燃料时启动。在另一个示例中，当发动机温度高于第一阈值温度和/或低于第二阈值温度时，可以启动关闭点检测，第一阈值温度低于第二阈值温度。如果不满足一个或多个关闭点检测条件，方法200可进入215，其中方法200可包括维持当前发动机工作。在此类示例中，可能不会启动关闭点检测。
如果满足一个或多个关闭点检测条件，则方法200可以进行到220，其中方法200可以包括进入关闭点检测。具体地，控制器可以通过施加致动电压来命令燃料喷射阀打开。同时，或在燃料喷射阀打开后的预定窗口期间，控制器可以周期性地或基本连续地从耦合到燃料喷射阀的电流传感器接收采样数据。因此，在一些示例中，采样数据可以是燃料喷射阀的测量电流。
在一些示例中，预定窗口可以基于最大样本数或采样阈值。因此，预定窗口可以小于或等于确定为采样阈值和采样率的乘积的采样持续时间。采样持续时间可以基于燃料喷射阀预期打开的时间量来确定。例如，采样持续时间可以在燃料喷射阀的指令性打开之后交错进行，以便在采样持续时间内捕获关闭时间(例如，采样持续时间可以被选择为确保燃料喷射阀有足够的时间打开，保持打开以将燃料输送到燃料喷射器，然后关闭)。在一些示例中，燃料喷射阀预期打开的时间可至少基于燃料喷射阀入口处的燃料压力(其可进一步成为低侧燃料系统压力和泵速中每一个的函数)和要喷射的燃料量(其可进一步成为扭矩/功率需求的函数)来确定。
如上所述，一旦确定了测量电流的拐点，就可以确定关闭点。在一些示例中，当测量电流和滤波电流在彼此的阈值内时，可以识别拐点。在一个示例中，当测量电流和滤波电流基本相等时，可以识别拐点。因此，关闭点检测可以基于迭代算法，该算法最多可迭代n个采样步骤，直到达到收敛。
因此，关闭点检测可以从一个或多个变量的初始化开始。具体地，在225，方法200可以包括初始化n(例如，为0或1)，即索引为第一次迭代。在230，方法200可以包括基于采样数据初始化buff(n)。在一些示例中，buff(n)可以是存储在控制器的存储器中的第一缓冲区，其中buff(n)可以保存当前迭代的测量电流。在235，方法200可以包括初始化temp(n)＝buff(n)。在一些示例中，temp(n)可以是存储在控制器的存储器中的第二缓冲区，其中对于超过第一次迭代的迭代，temp(n)可以保持当前迭代的滤波电流(参见下面的250)。
一旦初始化了一个或多个变量，就可以启动迭代算法，并且可以迭代地更新一个或多个变量，直到达到收敛。在240，方法200可以包括将n增加1。在245，方法200可以包括基于采样数据更新buff(n)。例如，可以用当前迭代的测量电流更新buff(n)。在250，方法200可以包括基于temp(n-1)和buff(n)更新temp(n)(例如，当前迭代的第二缓冲区可以基于当前迭代之前的最近迭代的第二缓冲区和当前迭代的第一缓冲区进行更新)。在一些示例中，可以将低通滤波器应用于buff(n)以更新temp(n)。在此类示例中，temp(n)可以确定为：
temp(n)＝FF*temp(n-1)+(1–FF)*buff(n) (1)
其中FF是可校准的滤波因子，可根据给定发动机应用(这里的“应用”是指发动机在什么条件下输出多少功率)、阀门组件配置(这里的“配置”是指阀门组件如何组装在一起并在机械、电气、流体等方面相互作用)、发动机配置(这里的“配置”是指发动机的组件如何组装在一起并在机械、电气、流体等方面相互作用)等进行调整。在一个示例中，FF＝0.5。在一些示例中，可以利用低通滤波器固有的滞后来解决燃料喷射阀关闭和燃料喷射启动之间的任何差异。
在一些示例中，可以根据模拟和/或测试(实验)数据调整低通滤波器的数学形式和/或参数(例如，可校准滤波因子)。例如，可以基于空闲和额定功率(例如，大功率)条件收集模拟和/或测试数据，从中可以推断/近似其他操作模式。可以附加地或替代地选择模拟和/或测试数据，使得低通滤波器可以考虑异常值以及燃料喷射阀的常见操作模式或情况。在一个示例中，除了燃料喷射阀的弹簧常数、质量和摩擦中的一个或多个之外，电感/电阻(对于异常和普通操作模式或环境)可用于形成低通过滤并确定所测电流特征的电气特性。
在255，方法200可以包括确定buff(n)和temp(n)之间的绝对差是否小于收敛阈值。收敛阈值可以由车辆系统的操作者或制造商调整到任意精度水平。例如，可以选择收敛阈值以平衡关闭点的期望精度与测量电流和滤波电流中的任何噪声。尽管在255处采用基于绝对差的收敛阈值，但是在其他示例中可以采用附加地或替代地收敛标准(例如，动态可缩放因子、均方根偏差等)。
如果buff(n)和temp(n)之间的绝对差大于或等于收敛阈值，则方法200可以进行到260，其中方法200可以包括确定n是否大于采样阈值。在一些示例中，采样阈值可以对应于在预定窗口期间取得的最大样本数。最大样本数可以对应于采样持续时间除以采样率。在一个示例中，最大样本数可以是150。在附加或替代示例中，采样率可以是100kHz。如果n小于或等于采样阈值，则方法200可以返回到240，以通过将n增加1来继续迭代算法。
如果n大于采样阈值，则方法200可以进行到280，其中方法200可以包括退出关闭点检测并生成第一驾驶员指示、存储第一诊断代码和/或基于第一驾驶员指示和/或第一诊断代码改变一个或多个发动机工作条件。第一驾驶员指示和/或第一诊断代码可以向操作者、制造商、技术人员等指示在预定窗口期间没有检测到关闭点并且燃料喷射阀可能劣化。在此类示例中，可能不会更新关闭点。
在一个示例中，第一驾驶员指示可以包括点亮故障指示灯(MIL)，并且第一诊断代码可以被设置并存储在控制器的存储器中。点亮MIL可以指示对车辆系统进行维修的请求，并且设置的第一诊断代码可以向技术人员指示燃料喷射阀劣化。MIL和第一诊断代码然后可以在车辆系统被维修之后(例如，在燃料喷射阀被更换之后)重置。
返回到255，如果buff(n)和temp(n)之间的绝对差小于收敛阈值，则可以检测到电感变化，并且方法200可以进行到265，其中方法200可以包括更新(例如，存储在控制器的存储器中的)关闭点并改变一个或多个发动机工作条件。例如，基于更新的关闭点，在随后的燃料喷射事件期间可以提前或延迟燃料喷射的启动。作为另一个示例，在随后的燃料喷射事件期间可以基于更新的关闭点增加或减小燃料喷射提前角。作为又一示例，在随后的燃料喷射事件期间可以基于更新的关闭点增加或减少要喷射的燃料量。更新关闭点还可以包括将老化计数器加1。因此，在一些示例中，老化计数器可以跟踪燃料喷射阀的燃料喷射循环的总数，以确定或预测超过使用寿命的劣化情况。
在270，方法200可包括确定燃料喷射阀是否劣化。在一些示例中，可以将(例如在265更新的)关闭点与(例如，存储在map或查找表中的)预期关闭点进行比较。例如，如果(检测到的)关闭点和预期关闭点之间的差大于阈值差，则可以确定燃料喷射阀劣化。在附加或替代示例中，老化计数器(例如在265递增)可以与阈值计数进行比较。例如，如果老化计数器大于阈值计数，则可以确定燃料喷射阀劣化。如果确定燃料喷射阀没有劣化，则方法200可以进行到275，其中方法200可以包括退出关闭点检测并继续发动机工作(例如，在没有主动处理和过滤采样数据的情况下操作发动机)。在这样的示例中，燃料喷射阀可以被指示为没有劣化。
如果确定燃料喷射阀劣化，则方法200可以进行到280，其中方法200可以包括退出关闭点检测并生成第二驾驶员指示、存储第二诊断代码和/或基于第二驾驶员指示和/或第二诊断代码改变一个或多个发动机工作条件。第二驾驶员指示和/或第二诊断代码可以向操作者、制造商、技术人员等指示关闭点检测表明燃料喷射阀可能劣化。
在一个示例中，第二驾驶员指示可以包括点亮MIL，并且第二诊断代码可以被设置并存储在控制器的存储器中。点亮MIL可以指示对车辆系统进行维修的请求，并且设置的第二诊断代码可以向技术人员指示燃料喷射阀劣化。MIL和第二诊断代码然后可以在车辆系统被维修之后(例如，在燃料喷射阀被更换之后)重置。
方法200不限于燃料喷射阀，并且可以应用于与其他电磁阀实施方式一起使用。此外，方法200可以应用于检测和监测(例如，除了电磁阀之外)其他电致动部件的电感变化。
现在参考图3A和3B，示出了包括在机车中的示例性电磁阀的测量电流及其相对于时间的二阶导数的曲线图。图3A示出了曲线图300和325，它们分别描绘了示例性电磁阀在机车怠速运行时的测量电流和测量电流的二阶导数。图3B示出了曲线图350和375，它们分别描绘了示例性电磁阀在机车额定功率运行时(例如，在切口N8处)的测量电流和测量电流的二阶导数。测量电流(单位：mA)由曲线图300和350的相应纵坐标表示，测量电流的二阶导数(单位：mA/s2)由曲线图325和375的相应纵坐标表示，样本编号由曲线图300、325、350和375的相应横坐标表示。可以以预定的采样率(例如100khz)采集样本。在曲线图300和350中，曲线301和351分别描绘了测量电流。在曲线图325和375中，曲线302和352分别描绘了测量电流的二阶导数。此外，在曲线图325和375中，曲线303和353分别描绘了正阈值，当测量电流的二阶导数超过该正阈值时，在一些检测算法中可以指示示例性电磁阀的关闭点。测量电流的二阶导数可以在预定窗口期间确定，分别由曲线图325和375中的虚线框304和354近似。
曲线图325和375图示了由示例性检测算法提供的异常关闭点的检测。如图所示，测量电流的二阶导数(曲线302和352)可具有相对较低的信噪比，使得测量电流的二阶导数可异常且意外地增加到正阈值以上(曲线303和353)。在一些示例中，并且如曲线图325和375中的每一个所示，在预定窗口期间(虚线框304和354)，测量电流的二阶导数可多次超过正阈值，导致过早检测到关闭点并模糊实际关闭点。
现在参考图4A和4B，示出了包括在机车中的示例性电磁阀的测量电流和滤波电流的曲线图。图4A示出了曲线图400，其描绘了在机车怠速运行时示例性电磁阀的测量电流和滤波电流。同样在图4A中示出的图425描绘了曲线图400的插图410的放大视图。图4B示出了曲线图450，其描绘了机车额定功率运行时示例性电磁阀的测量电流和滤波电流。同样在图4B中示出的图475描绘了曲线图450的插图460的放大视图。测量电流(单位：mA)由曲线图400、425、450和475的相应纵坐标表示，样本编号由图400、425、450和475的相应横坐标表示。可以以预定的采样率(例如100khz)采集样本。在曲线图400和450中，曲线401和451分别描述了测量电流，曲线402和452分别描述了滤波电流，并且曲线403和453分别描述了测量电流的拐点，这可以表示本文所述实施例提供的检测算法中的示例性电磁阀的关闭点。具体而言，测量电流的拐点可由检测算法确定，其中滤波电流与测量电流相遇。滤波电流可以通过对测量电流施加低通滤波器来获得，例如，该低通滤波器的滤波因子为0.5(然而，正如上文参照图2详细讨论的那样，滤波因子可以根据特定发动机应用的模拟和/或测试数据来改变)。滤波电流可以在预定窗口期间确定，分别由曲线图425和475中的虚线框404和454近似。
如图4A和4B所示，检测算法可以准确和可重复地检测出测量电流的拐点，而不会出现测量电流的二阶导数易受影响的相对低的信噪比。拐点可对应于局部最小值，该局部最小值表明示例性电磁阀在其关闭期间的电感变化。以更高的精度检测到关闭点，可以相应地以更高的精度控制燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量中的每一个。
可以提供一种方法，用于更准确地确定发动机中燃料喷射器中的电磁阀的关闭时间或关闭点。在一些示例中，电磁阀的电流可以在发动机运行期间被测量和滤波(例如，用低通滤波器)，其中滤波后的电流可以有相对较高的信噪比。当滤波电流基本上等于测量电流时，可确定测量电流的拐点，该拐点表明电磁阀在关闭时的电感变化。将测量电流与滤波电流进行比较以确定拐点，从而确定关闭时间的技术效果是，相对于一些关闭时间检测算法(例如，基于测量电流的二次导数的关闭时间检测算法)，可以减少误报的总数。此外，通过在电磁阀的使用寿命内准确监测关闭时间，可以通过异常关闭时间的趋势实时指示劣化，并通知操作员和/或执行缓解措施。
在一个示例中，一种方法包括监测电致动电磁阀的电流，对电流进行滤波，以及基于电流和滤波电流中的每一个确定电致动电磁阀的关闭时间。在该方法的一个实施例中，监测电致动电磁阀的电流包括监测电致动电磁阀打开后预定窗口中的电流。在该方法的一个实施例中，电致动电磁阀被包含在发动机中。在该方法的一个实施例中，该方法还包括基于所确定的关闭时间更新先前确定的关闭时间，以及基于所确定的关闭时间调整发动机的一个或多个工作条件。在该方法的一个实施例中，响应于被发起的燃料供给请求、发动机温度在预定温度范围内以及自上次确定关闭时间以来已经过去阈值持续时间中的一个或多个，对电流进行滤波。在该方法的一个实施例中，该方法进一步包括，响应于确定的关闭时间和预期关闭时间之间的差异大于阈值差异，生成电致动电磁阀劣化的指示。在该方法的一个实施例中，滤波电流比电流的二阶导数具有更高的信噪比。在该方法的一个实施例中，基于电流和滤波电流中的每一个确定关闭时间包括响应于在所述电流的拐点处所述滤波电流在所述电流的阈值差异之内来确定在所述拐点处的关闭时间。
在另一个示例中，一种用于发动机的方法包括：打开耦合到电流传感器的电磁阀；用电流传感器测量电流；用低通滤波器对电流进行滤波；将测量电流与滤波电流进行比较以确定测量电流的拐点；以及根据拐点调整一个或多个发动机工作条件。在该方法的一个实施例中，打开电磁阀包括向电磁阀施加致动电压。在该方法的一个实施例中，拐点指示电磁阀关闭时的电感变化。在该方法的一个实施例中，拐点是局部最小值。在该方法的一个实施例中，电磁阀是发动机的单体泵燃料喷射器组件中的燃料喷射阀。在该方法的一个实施例中，一个或多个发动机工作条件包括燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量中的一个或多个。在该方法的一个实施例中，基于发动机的应用、发动机的配置和单体泵燃料喷射器组件的配置中的一个或多个来调整低通滤波器的滤波因子。
在又一个示例中，一种车辆系统包括：通过燃料喷射阀与燃料喷射器流体耦合的燃料喷射泵；与燃料喷射阀耦合的传感器；以及与燃料喷射泵、燃料喷射器、燃料喷射阀和传感器中的每一个可通信地耦合的控制器，所述控制器执行非临时存储器中的指令，以接收来自传感器的采样数据，用低通滤波器处理采样数据，根据处理后的采样数据确定燃料喷射阀的关闭点，并根据关闭点调整燃料喷射泵、燃料喷射器和燃料喷射阀中的一个或多个的操作。在车辆系统的一个实施例中，传感器是电流传感器，其中采样数据包括多个电流测量值，并且其中处理采样数据包括将预定窗口中第n次迭代的电流测量值和预定窗口中第(n-1)次迭代的滤波电流测量值中的每一个输入低通滤波器以获得第n次迭代的滤波电流测量值。在车辆系统的一个实施例中，确定关闭点包括，对于第n次迭代，确定电流测量值和滤波电流测量值之间的绝对差异小于收敛阈值。在车辆系统的一个实施例中，燃料喷射器、燃料喷射泵和燃料喷射阀包括在柴油内燃机中，燃料喷射器与柴油内燃机的汽缸流体耦合。在车辆系统的一个实施例中，车辆系统是轨道车辆。
在另一个实施例中，一种方法包括：迭代地对比例电磁阀进行电流采样，以进行第一次迭代和第二次迭代，其中第一次迭代包括对比例电磁阀的第一电流进行采样；将比例电磁阀的第一电流传递到第一缓冲区；以及基于所述第一缓冲区初始化第二缓冲区，其中所述第二次迭代包括对所述比例电磁阀的第二电流进行采样，在对所述第一电流进行采样之后对所述第二电流进行采样，并基于所述第二电流更新所述第一缓冲区，以及通过将第二缓冲区和更新后的第一缓冲区输入低通滤波器来更新第二缓冲区，并且响应于更新后的第一缓冲区和更新后的第二缓冲区之间的绝对差小于收敛阈值，指示比例电磁阀的关闭。在该方法的一个实施例中，该方法还包括进一步响应于更新后的第一缓冲区和更新后的第二缓冲区之间的绝对差小于收敛阈值，结束比例电磁阀的电流采样。在该方法的一个实施例中，该方法还包括响应于更新后的第一缓冲区和更新后的第二缓冲区之间的绝对差大于或等于收敛阈值，继续比例电磁阀的电流采样。在该方法的一个实施例中，该方法还包括响应于电流采样的总迭代次数大于采样阈值，生成比例电磁阀劣化的指示。在该方法的一个实施例中，比例电磁阀被配置为将燃料输送到柴油发动机的燃料喷射器。在该方法的一个实施例中，柴油发动机是机车的动力源。在该方法的一个实施例中，该方法还包括进一步响应于更新后的第一缓冲区和更新后的第二缓冲区之间的绝对差小于收敛阈值，递增老化计数器，以及响应于老化计数器大于阈值计数，生成比例电磁阀劣化的指示。
以单数形式表述并以词语“一个”或“一种”进行描述的元素或步骤应该理解为不排除元素或步骤的复数形式，除非这种排除被明确指出。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不排除也包含所述特征的另外的实施方式的存在。此外，除非另有明确说明，否则“包括”、“包含”或“具有”一个或多个具有特定特性的元件的实施方式可以包括不具有该特性的其他这样的元件。术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“在其中”的通俗等价表达。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求或特定位置顺序。
本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件结合的控制器的控制系统来执行。本文描述的特定例程可以代表任何数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序，并行地或者在某些情况下被省略来执行。同样，处理顺序对于实现本文所述示例实施方式的特征和优点不是必需的，而是为了便于说明和描述而提供。取决于所使用的特定策略，可以重复地执行所图示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要被编程到发电机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过在包括各种发动机硬件组件以及电子控制器的系统中执行指令来执行所描述的动作。
本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构要素，则这些其他示例落入权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
监测电致动电磁阀的电流；
对所述电流进行滤波；以及
基于所述电流和滤波电流中的每一个确定所述电致动电磁阀的关闭时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中监测电致动电磁阀的电流包括：监测所述电致动电磁阀打开后预定窗口中的电流，或
其中所述方法还包括：打开所述电致动电磁阀，可选地其中打开所述电致动电磁阀包括：向所述电致动电磁阀施加致动电压。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电制动电磁阀是发动机的单体泵燃料喷射器组件中的燃料喷射阀，
可选地，其中对所述电流进行滤波包括：用低通滤波器对所述电流进行滤波，其中基于所述发动机的应用、所述发动机的配置和所述单体泵燃料喷射器组件的配置中的一个或多个来调整所述低通滤波器的滤波因子。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中响应于被发起的燃料供给请求、发动机温度在预定温度范围内以及自上次确定关闭时间以来已经过去阈值持续时间中的一个或多个，对所述电流进行滤波，或者
其中所述方法还包括：
根据确定的关闭时间更新先前确定的关闭时间；和
基于确定的关闭时间调整包括所述电致动电磁阀的发动机的一个或多个工作条件，可选地，其中所述一个或多个工作条件包括燃料喷射正时、燃料喷射提前角和要喷射的燃料量中的一个或多个。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：响应于确定的关闭时间和预期关闭时间之间的差异大于阈值差异，生成所述电致动电磁阀劣化的指示。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述滤波电流比所述电流的二阶导数具有更高的信噪比。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于所述电流和滤波电流中的每一个确定关闭时间包括：响应于在所述电流的拐点处所述滤波电流在所述电流的阈值差异之内来确定在所述拐点处的关闭时间，
可选地，其中所述拐点指示所述电致动电磁阀关闭时的电感变化，
可选地，其中所述拐点是局部最小值，并且
可选地，其中所述电致动电磁阀耦合到电流传感器，其中监测所述电流包括：用所述电流传感器测量所述电流，并且其中所述方法还包括：
将测量电流与所述滤波电流进行比较，以确定所述测量电流的拐点；和
基于所述拐点调整包括所述电致动电磁阀的发动机的一个或多个工作条件。
8.一种车辆系统，包括：
通过燃料喷射阀与燃料喷射器流体耦合的燃料喷射泵；
耦合到所述燃料喷射阀的传感器；和
可通信地耦合到所述燃料喷射泵、所述燃料喷射器、所述燃料喷射阀和所述传感器中的每一个的控制器，所述控制器执行非暂时性存储器中的指令以：
从所述传感器接收采样数据；
用低通滤波器处理所述采样数据；
根据处理后的采样数据确定所述燃料喷射阀的关闭点；和
根据所述关闭点调整所述燃料喷射泵、所述燃料喷射器和所述燃料喷射阀中的一个或多个的操作。
9.根据权利要求8所述的车辆系统，其中所述传感器是电流传感器，
其中所述采样数据包括多个电流测量值，以及
其中处理所述采样数据包括：将预定窗口中第n次迭代的电流测量值和所述预定窗口中第(n-1)次迭代的滤波电流测量值中的每一个输入所述低通滤波器，以获得第n次迭代的滤波电流测量值，
可选地，其中确定所述关闭点包括：对于第n次迭代，确定所述电流测量值和所述滤波电流测量值之间的绝对差异小于收敛阈值。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的车辆系统，其中所述燃料喷射器、所述燃料喷射泵和所述燃料喷射阀包括在柴油内燃机中，所述燃料喷射器与所述柴油内燃机的汽缸流体耦合，或者
其中所述车辆系统是轨道车辆。
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