CN102405342B - 用于运行喷射阀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行尤其是汽车的内燃机(10)的喷射阀(18a)的方法，其中借助于电磁致动器(26，30)驱动喷射阀(18a)的部件，尤其是阀针(28)。按照本发明，依据电磁致动器(26，30)的至少一个电的运行参量形成表征电磁致动器的可运动的部件尤其是电磁致动器的电枢(30)的加速度的参量，和依据该表征加速度的参量推断出喷射阀(18a)的运行状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行尤其是汽车的内燃机的喷射阀的方法，其中借助于电磁致动器驱动喷射阀的一个部件，尤其是阀针。
背景技术
在现有技术中已知有多种该类型的用于运行尤其是汽车的内燃机的喷射阀的方法。
发明内容
本发明的任务是，提出一种开头所述类型的改进的运行方法，其中在不使用附加的监视喷射器的传感器装置下获得有关喷射阀的运行状态的精确信息。在开头所述类型的运行方法中，这个任务按照本发明如此得到解决，即依据电磁致动器的至少一个电的运行参量，形成一个表征电磁致动器的一个可运动的部件，尤其是电磁致动器的电枢的加速度的参量，并且依据该表征加速度的参量推断出喷射阀的运行状态。
按照本发明认识到，在多个不同的运行状态中或这些运行状态之间的过渡中，表征电磁致动器的可运动的部件，尤其是电枢，的加速度的参量具有表征该运行状态或该状态过渡的值和/或时间变化曲线，从而从按照本发明对该表征加速度的参量的观测中可以获得关于喷射阀的运行状态的精确信息。
与常规方法不同，常规方法的重点在于评估可运动的部件的速度，按照本发明的基于加速度方法能够有利地获取关于喷射阀的运行状态的信息，即使在借助于复杂的质量***从电磁致动器向阀针传递力时，该质量***没有设置在电枢和阀针之间的简单的刚性的机械耦联机构。
依据申请人的研究，基于含有阀针和电枢的质量***的各个部件的不同的相互作用，视喷射阀的运行状态的情况，得到用于表征加速度的参量的特征值或时间曲线，从而可以由此有利地以高的精确性推断出喷射阀的运行状态。
在按照本发明的方法的一个特别有利的实施形式中，用弹簧力加载阀针，优选地在所述阀针的关闭方向上，电枢如此地与所述阀针连接，使得电枢可以与阀针的运动方向相关地以一个不消失的机械间隙相对于阀针运动，并且由一个表征电枢的加速度的参量的特征推断出电枢与阀针脱开。
在这种按照本发明的设置情况下可以特别有利地确定阀针在与其配属的阀座上的落座(关闭时间点)，因为在此情况下电枢在利用存在的机械间隙下与阀针脱开，这反映在电枢的相应的加速度变化上。在按照本发明的运行方法的本实施形式中，电枢的这种加速度变化是由此产生的，即在电枢与阀针分开之后，一直被弹簧力加载的阀针不再对电枢施加力。电枢本身因此与阀针相反地先在关闭方向上继续运动，但是从此以后是在一个较小的加速度下运动。仅仅基于对电枢的速度的评估的常规方法在本设置中不能够识别关闭时间点。与此不同，按照本发明的方法在利用表征电枢的加速度的参量下能够提供关于电枢何时与阀针脱开或阀针何时已经达到它在阀座区域中的关闭位置的精确的信息。
在按照本发明的运行方法的另一个优选实施形式中，作为电磁致动器的电的运行参量使用施加在电磁致动器的励磁线圈上的致动器电压，并且形成致动器电压的一阶时间导数作为表征电枢的加速度的参量。例如在此情况下可以有利地由出现致动器电压的一阶时间导数的局部最小值推断出电枢与阀针脱开。
按照本发明的另一个有利的变型方案，如果将通过励磁线圈流动的致动器电流调整到（eingeprägt）一个可预定的值，则可以实现对加速度表征的参量的特别简单和可靠的评估。特别有利地，调整（外加）一个在时间上恒定的致动器电流，更优选地也调整一个消失的（零）致动器电流。
作为对前面所述使用致动器电压的替代方案，也可以使用通过电磁致动器的励磁线圈流动的致动器电流，用于由此确定表征电枢的加速度的参量，在目前情况下是确定致动器电流的一阶时间导数。
在按照本发明的运行方法的另一个有利的实施形式中，由出现致动器电流的一阶时间导数的局部最大值推断出电枢与阀针脱开。
作为对前面所述的观察表征加速度的参量的局部极值的的替代方案或补充，此外也可以将表征加速度的参量的时间变化曲线与一个预定的参考变化曲线比较或者识别另外的特征如例如时间变化曲线中的拐点或类似特征。
在探测致动器电流的情况下，如果将施加在-电磁致动器的励磁线圈上的致动器电压调整到一个可预定的值，尤其是零，这可以通过对控制喷射阀的控制器末端级进行相应的控制实现，那么也可以产生对喷射阀的运行状态的特别精确的确定。
在本发明的另一个非常有利的变型方案中规定，探测电磁致动器的第一电的运行参量并且输送给观察机构，该观察机构在不考虑电枢运动对电磁致动器的电的运行参量的反作用下模拟电磁致动器，其中该观察机构确定电磁致动器的被观测的第二电的运行参量，将该被观测的第二电的运行参量与测量的第二电的运行参量比较，和依据该比较结果确定表征加速度的参量。
按照本发明认识到，在使用观察机构下获得的比较结果具有关于喷射阀的运行状态的重要的信息并且因此可以用于确定喷射阀的打开和/或关闭时间点。
与常规方法不同，常规方法仅仅能够通过评估喷射阀的或它的电磁调整机构的控制参量确定一个“电的”打开时间点或关闭时间点，按照本发明的运行方法通过评估表征加速度的参量能够精确地确定实际的液压的打开时间点或关闭时间点，在该时间点阀针从它的关闭座上升起或落到它的关闭座上。
特别重要的是以计算机程序的形式实现按照本发明的运行方法，该计算机程序可以存储在电子的或光学的存储介质上，并且可以由例如用于内燃机的控制和/或调节装置实施。
其它的优点，特征和细节由以下的说明中得出，其中参照附图示出了本发明的不同的实施例。其中在权利要求和在说明书中提及的特征不论是其本身单独的或是以任意的组合对本发明都可以是至关重要的。
附图说明
附图中所示:
图1是具有多个按照本发明描述的喷射阀的内燃机的示意图，
图2a至2c是在三个不同的运行状态下图1的喷射阀的示意细节图，
图3是按照本发明的方法的一个实施形式的简化的流程图，
图4是按照本发明观测的喷射阀的运行参量的时间变化曲线，
图5是按照本发明观测的喷射阀的运行参量的另一个时间变化曲线，
图6是按照图2a的喷射阀的电磁调整机构的一个简单的电的等效线路图，
图7是与按照图6的等效线路图对应的框图，和
图8是一种在使用按照图7的观察机构下用于确定一个修正量的方法的框图。
具体实施方式
内燃机在图1中总体上具有附图标记10。它包括油箱12，输送***14从该油箱将燃料输送到共轨16中。该共轨上连接多个电磁操作的喷射阀18a至18d，它们将燃料直接地喷射到与它们配属的燃烧室20a至2Od中。内燃机10的运行由控制和调节装置22控制或调节，该控制和调节装置除了其它方面外也控制喷射阀18a至18d。
图2a至2c示意示出在总共三个不同的运行状态下的按照图1的喷射阀18a。其它的在图1中示出的喷射阀18b，18c，18d具有相应的结构和功能。
喷射阀18a具有一个电磁致动器，它具有励磁线圈26和与励磁线圈26共同作用的电枢30。电枢30被如此地与喷射阀18a的阀针28连接，即它可以以一个相对于阀针28不消失的机械间隙，与阀针28在图2a中的垂直的运动方向相关地进行运动。
由此形成一个两部件式的质量***（Massensystem）28，30，它通过电磁致动器26，30产生对阀针28的驱动。通过这个两部件式的设计结构，改善了喷射阀18a的安装性能并且减小在它的阀座38中出现的不希望的阀针28回弹。
在当前的图2a中示出的配置情况下，在阀针28上，电枢30的轴向间隙通过两个止挡32和34限制。但是至少图2a中的下止挡34也可以通过喷射阀18a的壳体的一个部位实现。
如图2a中所示，阀针28由阀簧36用相应的弹簧力压在壳体40区域中的阀座38上。图2a中示出喷射阀18a位于它的打开状态下。在这种打开状态下，通过对励磁线圈26供电使电枢30在图2a中向上运动，从而它啮合到止挡32中，克服弹簧力将阀针28从它的阀座38中移出。由此燃料42可以从喷射阀18a喷入燃烧室20a(图1)中。
一旦通过控制器22(图1)结束对励磁线圈26的供电，阀针28在阀簧36施加的弹簧力的作用下朝着它的阀座38运动并且带动电枢30一起运动。在此情况下又通过上止挡32进行从阀针28到电枢30的力传递。
一旦阀针28回到阀座38上结束其关闭运动时，电枢30由于轴向间隙而可以在图2b中继续向下运动，如在图2b中所示，直到它顶接在第二止挡34上，如在图2c中所示。
按照本发明，以下实施根据图3所示的流程图描述的方法，以便获得关于喷射阀18a的运行状态的信息。
在按照本发明的方法的第一步骤100中，测量电磁致动器26，30的至少一个电的运行参量。它例如可以是施加在励磁线圈26上的致动器电压或也可以是通过励磁线圈26流动的致动器电流。
按照本发明依据电磁致动器26，30的至少一个电的运行参量，形成一个表征电磁致动器26，30的可运动的部件的加速度，尤其是电磁致动器的电枢30的加速度的参量，这在步骤110中进行。
依据表征加速度的参量，最后在步骤120中推断出喷射阀18a的运行状态。
按照本发明的运行方法尤其可以用于确定在阀针28(图2a)落入它的阀座38上时的实际液压的关闭时刻。
在按照本发明的运行方法的第一优选实施形式中，作为电磁致动器的电的运行参量，使用施加在励磁线圈26上的致动器电压u，和作为表征电枢30的加速度的参量，形成和使用致动器电压u的一阶时间导数u’。
图4以举例说明的方式示出阀针28(图2a)的阀针升程h的一个简化的时间变化曲线和致动器电压u的一阶时间导数u’的时间变化曲线的一个相应的部段。
在时间点t0，阀针28从它的通过阀针升程值h0表征的在阀座38上静止位置上被移出，这是通过对励磁线圈26相应地供电并且使电枢30在图2a中向上移动实现的，其中它在经止挡32传递力下带动阀针28一起运动。
在时间点t1，阀针28达到它的最大阀针升程，并且通过控制器22(图1)结束对励磁线圈26的供电。由此再没有电磁力由励磁线圈26作用于电枢30上，从而具有阀针28和电枢30的质量***在阀簧36的弹簧力的作用下在图2a中向下运动。与此相应地，图4示出对于t>t1时的一个减小的阀针升程h。在自时间点t1起对阀针升程h实施的减小形成一个在励磁线圈26上的致动器电压u的一阶时间导数u’的基本上指数衰减的曲线。
按照本发明认识到，致动器电压u的一阶时间导数u’在阀针28落到其阀座38上时具有一个局部最小值Mu，它显示出与一阶导数u’的在其它情况下指数衰减的时间变化曲线之间具有一个明显可见的偏离。
依据申请人的研究，这个局部最小值Mu由此形成，即在阀针落入阀座38上时电枢30由于所述不消失的机械间隙而与阀针28脱开并且先继续在关闭方向上，也就是说在图2b中向下，继续移动，直到它碰到止挡34。
这意味着，自时间点t=t2起，由阀簧36施加的弹簧力不再经止挡32作用于电枢30，由此形成一个按照本发明评估的电枢30的加速度变化。
如前已述，电枢30的加速度在时间点t2出现的变化导致致动器电压u的一阶导数u’的一个最小值Mu。
相应地，在评估一阶时间导数u’下通过控制器22(图1)可以确定喷射阀18a(图2a)的实际液压的关闭时间点t2。
如果在关闭时间点t2周围的感兴趣的时间区域中，通过励磁线圈26流动的致动器电流被调整到一个可预定的值，最好恒定的值，尤其是零，那么可以实现对该局部最小值Mu踏板精确的检测。
为了抑制干扰并且由此高效地处理信号，在进行评估之前，对致动器电压u的时间导数u’还进行一种过滤，其中可能有利的是，在一个步骤中实施对致动器电压u的鉴别和导出的信号的过滤，例如通过借助于高通滤波器过滤电压信号u。
周围对上面描述的实施形式的替代方案，按照本发明，表征电枢30加速度的参量也可以依据通过励磁线圈26流动的致动器电流i形成。在这种情况下，作为表征电枢30的加速度的参量，使用致动器电流i的一阶时间导数i’。
图5示出阀针升程h的时间变化曲线，如它已经参照图4描述过的那样。除了阀针升程变化曲线h以外，对于时间点t2，在该时刻阀针28在它的关闭运动中到达阀座38(图2a)上，还用虚线画出电枢30的升程变化曲线hA，用于说明，在电枢碰到止挡34之前，电枢30在时间点t2之后先沿着关闭方向，亦即在图2b中向下，继续运动。
按照图5，电枢30在时间点t3到达止挡34上。
图5还示意示出按照本发明观察的致动器电流i的一阶时间导数i’的时间变化曲线的一个局部部分。如从图5中可以看见的，当前作为表征电枢30的加速度的参量使用的致动器电流i的一阶时间导数i’在时间点t2处具有一个局部最大值Mi或拐点，在该时间点处阀针28到达阀座38上。
因此，在时间点t2的局部最大值Mi或拐点按照本发明可以作为喷射阀18a的实际的液压的关闭的标准进行分析和使用。
如果施加在电磁致动器26，30的励磁线圈26的致动器电压u被调整到一个可预定的值，尤其是零上，则有又能实现对致动器电流i的一阶时间导数i’的踏板精确的评估。
为了在评估之前抑制干扰和由此更有效地处理信号，还可以对致动器电流i的时间导数i’进行过滤，其中可以有利的是，在一个步骤中进行致动器电流i的鉴别和导出的信号的过滤，例如通过借助于高通滤波器过滤电流信号i。
在按照本发明的方法的另一个非常有利的实施形式中，探测电磁致动器26，30的第一电的运行参量并且输送给一个观察机构，它在不考虑电枢运动对电磁致动器的电的运行参量的反作用下模拟电磁致动器26，30，其中观察机构确定电磁致动器的一个被观测的第二电的运行参量。该被观测的第二电的运行参量按照本发明与一个测量的第二电的运行参量比较并且依据比较结果确定表征加速度的参量。
图6示出磁性致动器26，30(图2a)的一个简化的等效线路图，其中用标记46表示主电流线路和用标记48表示涡流线路。电阻Rs在此处代表励磁线圈26(图2a)的一个串联电阻。感应元件Lh，L0代表主电流线路46和涡流线路48的对应的电感。电阻Rw*代表涡流线路48的欧姆电阻。
电流im流动通过主电流线路，而电流iw*流动通过涡流线路48。电流im，iw*一起形成控制电流i，通过控制器22对电磁致动器26，30施加该控制电流。如已描述的，致动器电压u施加在电磁致动器26，30的接线柱上。
图7示出一个方框电路图，它实现前面参照图6描述的等效线路图的功能。
涡流线路48在按照图7的框图中通过一个没有详细表示出的积分器（积分电路）代表，它具有时间常数Tσ和与其配置的、具有放大（增益）KRw的比例元件（比例环节）。
主电流线路46在按照图7的框图中通过没有详细表示出的积分器代表，它具有时间常数Th和一个与该积分器配置的、具有放大（增益）KRs的比例元件（比例环节）。
图8示出按照本发明的观察机构56的一个结构，如已描述的，在输入端侧上，致动器电压u被输送给该观察机构，并且在它的输出端上输出一个被观测的致动器电流ib。通过加法器58在被观测的致动器电流ib和例如以测量技术测量的实际的致动器电流i之间实施比较，该比较得到比较结果Δib。如由图8中可见，该比较结果Δib输送给反馈元件（反馈环节）60，该反馈元件由此形成一个输出量ukorr，该输出量经加法器62被从测量的致动器电压u减去。
反馈元件60例如可以作为比例元件，作为比例-积分-元件或作为更高数量级和/或更复杂结构的反馈元件进行设计。
通过减去输出量ukorr，借助于观察机构56使被观测的电流ib跟踪以测量技术方式测量的电流i。由于在没有电枢运动的反作用下，在实际的电磁致动器26，30和在观察机构56中的一个相应的调节对象的在图8中所示的模拟（Nachbildung）之间存在差异，因此输出量Ukorr精确地模拟这个反作用，其中这个反作用与电枢30的速度成比例。如已描述的，在喷射阀18a(图2a)关闭的时间点处电枢30的速度不发生突然的改变，而只有阀针28发生。
但是，在阀关闭的时刻，输出量Ukorr的一阶时间导数产生一个比较强烈的变化。
根据申请人的研究，输出量Ukorr在关闭时间点t2(图4)处的梯度通常被交换正负符号，由此在输出量ukorr的时间变化曲线中出现一个极值。这个极值按照本发明被探测并且用作为喷射阀18a的关闭时间点t2的信号。
通过反馈元件60(图8)的相应的参数化，可以影响在电枢30的速度和输出量ukorr之间的传输特性。尤其是由此可以实施干扰信号的过滤，由此得到更精确的评估。
参照图6，7，8描述的方法的工作有利地独立于实际的致动器电流i，致动器电压u或对该参量中的一个或两个的调整和尤其是也独立于在两个参量u，i之间的可能存在的作用关系。
取代反馈元件60的输出量ukorr，也可以使用反馈元件60的内部参量来探测关闭时间点t2(图4)。只要反馈元件60被例如设计成比例-积分-环节，那么例如也可以只使用反馈参量的积分分量取代输出量Ukorr。
如果就关闭时间点t2而言对输出信号Ukorr的重要性提出的要求不太高，那么也可以忽略在图6中所示的等效线路图的分散线路48，由此得到一种更简单的评估。
按照本发明，此外可以考虑多个不同的涡流线路，其相对于励磁线圈26分别具有不同的整流电感。为此在按照图7的框图中除了主电流线路48以外还附加地并联另外的电流线路，它们可以分别具有不同的积分器和反馈元件参数。
此外也可以考虑在按照本发明中使用的观察机构56(图8)中的在观测的参量之间的非线性关系，由此可以考虑实际的磁性回路或电磁致动器26，30的饱和效应和磁滞效应。
按照本发明的运行方法除了在这种具有用于阀操作的复杂的质量***28，30的喷射阀18a中用于探测关闭时间以外，按照本发明的方法也适用于在具有在电磁致动器和阀针之间的刚性耦联的常规喷射阀中探测关闭时间。
参照图8描述的观察机构56不仅可以以数字的方式而且可以以模拟的方式实施并且优选地在控制器22(图1)的有关计算单元中实施。
除了精确地探测关闭时间点t2(图4)以外，按照本发明的运行方法也可以识别喷射阀18a(图2a)的其它的运行状态或状态转变，它们伴随着电枢30的加速度的相应地特征变化。
对于前述的对表征加速度的参量的局部极值的观测，此外可以备选地或附加地将表征加速度的参量的时间变化曲线与一个预定的参考变化曲线相比较或者也可以识别另外的特征，如例如在时间变化曲线的拐点或类似特征。
特别优选地，按照本发明获得信息被用于调节喷射阀18a，…18d的运行。
Claims (24)
1.用于运行喷射阀(18a)的方法，其中借助于电磁致动器(26，30)驱动喷射阀(18a)的阀针(28)，其特征在于，依据电磁致动器(26，30)的至少一个电的运行参量形成表征电磁致动器的电枢(30)的加速度的参量，和依据该表征加速度的参量推断出喷射阀(18a)的运行状态，其中所述阀针(28)在其关闭方向上被用弹簧力加载，所述电枢(30)如此地与所述阀针(28)连接，使得电枢(30)可以以一个相对于阀针(28)不消失的机械间隙与阀针(28)的运动方向相关地运动，并且由一个表征电枢(30)的加速度的参量的特征推断出，电枢(30)与阀针(28)脱开。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射阀(18a)是汽车的内燃机(10)的喷射阀。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阀针(28)在所述阀针的关闭方向上被用弹簧力加载。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用一个施加在电磁致动器(26，30)的励磁线圈(26)上的致动器电压(u)作为电磁致动器(26，30)的电的运行参量，和形成致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)作为表征电枢(30)的加速度的参量。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，从出现致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)的局部最小值(Mu)中推断出，电枢(30)与阀针(28)脱开。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，将通过励磁线圈(26)流动的致动器电流(i)调整到一个可预定的值。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，将通过励磁线圈(26)流动的致动器电流(i)调整到一个可预定的值。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可预定的值是零。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用通过电磁致动器(26，30)的励磁线圈(26)流动的致动器电流(i)作为电磁致动器(26，30)的电的运行参量，和形成致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)作为表征电枢(30)的加速度的参量。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，从出现致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)的局部最大值(Mi)中推断出，电枢(30)与阀针(28)脱开。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，将施加在电磁致动器(26，30)的励磁线圈(26)上的致动器电压(u)调整到一个可预定的值。
12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，将施加在电磁致动器(26，30)的励磁线圈(26)上的致动器电压(u)调整到一个可预定的值。
13.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述可预定的值是零。
14.按照权利要求1至13中之一所述的方法，其特征在于，探测电磁致动器(26，30)的第一电的运行参量(u)并且输送给一个观察机构(56)，该观察机构在不考虑电枢运动对电磁致动器(26，30)的电的运行参量(u，i)的反作用下模拟电磁致动器(26，30)，其中该观察机构(56)确定电磁致动器(26，30)的被观测的第二电的运行参量(ib)，将该被观测的第二电的运行参量(ib)与测量的第二电的运行参量(i)比较，和依据该比较结果(Δib)确定表征加速度的参量(ukorr)。
15.按照权利要求4至8中之一所述的方法，其特征在于，通过一个过滤环节过滤致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)。
16.按照权利要求9至13中之一所述的方法，其特征在于，通过一个过滤环节过滤致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)。
17.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，通过一个过滤环节过滤致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)和/或致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)。
18.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，在另一个评估之前，通过一个过滤环节过滤致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)。
19.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，在另一个评估之前，通过一个过滤环节过滤致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)。
20.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)的形成以及所述过滤在一个步骤中实施。
21.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)的形成以及所述过滤在一个步骤中实施。
22.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，致动器电压(u)的一阶时间导数(u’)的形成以及所述过滤借助于高通滤波机构实施。
23.按照权利要求21所述的方法，其特征在于，致动器电流(i)的一阶时间导数(i’)的形成以及所述过滤借助于高通滤波机构实施。
24.用于内燃机(10)的控制和/或调节装置（22），其特征在于，它被构造成应用于按照权利要求1至23中之一所述的方法中。
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