基于各电气测量变量的时间进程的评估确定燃料喷射器的随时间变化的运动性能

摘要

描述了一种用于确定具有线圈驱动件的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的方法。所述方法包括如下步骤：（a）将电激励施加到线圈驱动件的线圈，这促进阀针的打开运动，所述阀针联接到线圈驱动件的磁性电枢；（b）记录线圈的第一电气测量变量的时间进程；（c）基于所记录的第一电气测量变量的时间进程来确定打开运动结束时的时间；（d）修改线圈的电激励，使得阀针执行关闭运动；（e）记录线圈的第二电气测量变量的时间进程；以及（f）基于所记录的第二电气测量变量的时间进程来确定关闭运动结束时的时间。两个测量变量中的一个是线圈处存在的电压，另一个是流动通过线圈的电流的强度。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料喷射器的激励的技术领域，所述燃料喷射器包括机械地联接到阀针的磁性电枢以及具有线圈的线圈驱动件，所述线圈用于移动磁性电枢。本发明具体地涉及用于确定机动车辆的内燃发动机的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的方法和装置、发动机控制器、以及计算机程序，所述燃料喷射器具有线圈驱动件，其中，运动性能的确定基于线圈驱动件的线圈的电气测量变量的时间进程的评估来执行。此外，本发明涉及基于使用上述方法确定的随时间变化的运动性能来激励用于机动车辆的内燃发动机的燃料喷射器的方法，所述燃料喷射器具有线圈驱动件。

背景技术

尤其是在直接驱动燃料喷射器的操作期间，所述燃料喷射器包括机械地联接到阀针的磁性电枢以及具有线圈的线圈驱动件，所述线圈用于移动磁性电枢，在相同的电流/电压参数时，由于电气、磁性和/或机械公差，发生各个燃料喷射器的随时间变化的不同打开和/或关闭性能。这继而导致实际喷射燃料的数量的不希望的各个喷射器差异。

然而，随着喷射时间变得更短且因而喷射量变得更少，燃料喷射器之间的相对喷射量差异增加。对于现代发动机来说已经很重要的是，且（考虑污染物排放的进一步减少）对于未来发动机代来说仍更重要的是，在喷射少的燃料量时，也可以确保高的数量精度。然而，仅仅能够在阀针或磁性电枢的实际运动性能已知时实现高的数量精度，尤其是在打开操作期间和/或关闭操作期间。

操作具有线圈驱动件的燃料喷射器所需的线圈电流通常通过合适的电流调节器硬件提供。在该情况下，除了其它之外，通过线圈驱动件的线圈的电流的得到的时间进程取决于线圈的电感和电阻。电阻由线圈匝数的欧姆电阻和燃料喷射器的（铁）磁性材料的电阻构成。由于磁通量变化在铁磁性材料中流动的紊流通过（铁）磁性材料的有限电阻阻尼。

磁性电枢或阀针的打开运动的结束（磁性电枢停止在机械打开止挡件上）以及磁性电枢或阀针的随后关闭运动的结束（磁性电枢停止在阀座上）可以借助于线圈电流或线圈电压的准确时间进程的精确评估来确定。具体地，这些结束均可识别为线圈电流或线圈电压的进程中的弯曲部。

发明内容

本发明基于尽可能多地表征燃料喷射器的实际运动性能的目的，而没有附加的设备花费。

该目的通过专利独立权利要求的主题实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明的第一方面，描述了一种用于确定机动车辆的内燃发动机的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的方法，所述燃料喷射器具有线圈驱动件。所述方法包括：（a）将电激励施加到线圈驱动件的线圈，这引起阀针的打开运动，所述阀针联接到线圈驱动件的磁性电枢；（b）记录线圈的第一电气测量变量的时间进程（chronological progression）；（c）基于所记录的第一电气测量变量的时间进程来确定打开运动结束时的时间；（d）修改线圈的电激励，使得阀针执行关闭运动；（e）记录线圈的第二电气测量变量的时间进程；以及（f）基于所记录的第二电气测量变量的时间进程来确定关闭运动结束时的时间。根据本发明，两个测量变量中的一个是施加到线圈的电压的电平，两个测量变量中的另一个是流动通过线圈的电流的强度。

所述方法基于如下发现：通过评估两个不同的电气测量变量，在（a）打开运动结束和（b）关闭运动结束时的时间可以特别精确地确定，因而可以获得关于燃料喷射器的实际运动性能的重要发现。这继而允许机动车辆的内燃发动机中的燃烧操作的特别精确燃料计量。

所述的电激励可以是电流和/或电压的任何期望时间进程，这确保燃料喷射器的阀针从其关闭位置临时偏转且因而允许燃料喷射器的喷射操作。电激励可以具有取决于具体应用的时间进程，例如，以已知的方式，其具有预先加载阶段、增压阶段、反互换阶段和/或保持阶段。

首先记录为模拟测量变量的电气测量变量还可以以模拟和/或数字的形式处理。相应的信号处理可以以已知的方式包括合适的信号调节，例如放大、滤波（例如，以去除不希望的高频噪音）和/或阻抗适配。模拟信号转换为对应数字信号可以借助于模拟数字转换器且具体地使用所谓的快速模拟数字转换器（FADC）来执行。

根据本发明的一个示例性实施例，第一电气测量变量是流动通过线圈的电流的强度，第二电气测量变量是施加到线圈的电压的电平。这具有如下益处：在确定打开运动何时结束以及还在确定关闭运动何时结束时，均可以实现特别高的精度。该文献中所述的方法的发明人特别地认识到：（a）打开运动的进程可以借助于合适的电流测量方法特别精确地确定；以及（b）关闭运动的进程可以借助于合适的电压测量方法特别精确地确定。

电流强度的测量可以借助于合适的电流测量方法确定，其中，例如，电流值以数字的方式经由FADC记录，且结合激励开始来检测打开运动结束时的时间。为了记录电流强度，可以测量分流器（测量电阻器）处的电压下降。分流器可以根据至接地线的电流路径的构思定位。

施加到线圈驱动件的电压的电平的测量可以借助于合适的电压测量方法确定，其中，例如，对应电压值以数字的方式经由第二FADC记录，且结合激励结束来检测关闭运动的结束。在该情况下，施加到线圈驱动件的电压可以直接记录，使用分流器是不必要的。

根据本发明的另一示例性实施例，（a）分配给第一电气测量变量的第一测量信号借助于第一电子电路调节；以及（b）分配给第二电气测量变量的第二测量信号借助于第二电子电路调节。在该情况下，第一电子电路不同于第二电子电路。这具有如下益处：对于不同的测量原理（电流测量和电压测量），可以在每种情况下使用最佳的合适电子电路。因而，两个测量通道，电流测量通道和电压测量通道，均具有适合于最佳信号调节的电子部件。

具体来说，这意味着各个测量通道表示待测量信号调节为对应FADC的输入。这具体地在对应测量信号的值范围方面、在信号分辨率方面以及在信号阻抗方面应用。

第一和第二电子电路是不同电路。这意味着第一电子电路的至少一些部件未用于借助于第二电子电路的信号调节。相反也同样适合第二电子电路的至少一些部件。然而，两个电子电路优选完全彼此独立。这意味着第一电子电路没有部件也分配给第二电子电路，且反之亦然，第二电子电路也没有部件分配给第一电子电路。

根据本发明的另一示例性实施例，所述方法还包括：（a）确定第一测量信号的信号调节中的第一时间延迟；以及（b）确定第二测量信号的信号调节中的第二时间延迟。在该情况下，确定打开运动结束时的时间还基于第一时间延迟来进行，确定关闭运动结束时的时间还基于第二时间延迟来进行。这具有如下益处：由于两个电子电路引起的不同时间延迟可以对每个电路独立地确定且可以在确定相应运动结束时的时间时被考虑。因而，进一步改进确定打开运动结束时的时间和确定关闭运动结束时的时间的精度。

由于如下原因，考虑具体电子电路的独立延迟的可能性对于确定随时间变化的运动性能时的精度很重要：每个电子电路由于使用独立电子部件而具有制造公差。由于这些公差，每个通道的时间常数也变化。在该情况下，第一电子电路的时间常数的变化独立于第二电子电路的时间常数的变化。然而，由于如果没有补偿，这会导致所确定的时间的通常能注意到的不准确性，因而对应的偏差是不希望的。使用本文所述的这些时间延迟的电路独立补偿，因而用于信号调节的电子电路的制造有关公差可以被识别且这些可以通过燃料喷射器的合适修改激励来补偿。

第一时间延迟由第一电子电路引起，第二时间延迟由第二电子电路引起。这可以以简单的方式说明性地理解，因为理想形式的两个电子电路至少对于高频（噪音）具有低通滤波器性能。该性能在具体时间常数T中反映，相应电子电路在输出处结合突跃输入信号变化显示所述时间常数T。

根据本发明的另一示例性实施例，确定第一时间延迟包括：（a）将第一测试信号馈送到第一电子电路中，其中，第一测试信号具有至少近似突跃第一电平变化；以及（b）评估第一电子电路的第一输出信号的时间进程，其中，第一输出信号是第一电子电路对第一测试信号的响应。可选地或者结合地，确定第二时间延迟包括：（a）将第二测试信号馈送到第二电子电路中，其中，第二测试信号具有至少近似突跃第二电平变化；以及（b）评估第二电子电路的第二输出信号的时间进程，其中，第二输出信号是第二电子电路对第二测试信号的响应。

使用具有突跃电平变化的时间进程的测试输入信号具有如下益处：由相应电子电路引起的独立时间延迟可以以简单的方式确定。为此目的，具体地仅仅需要确定相应输出信号作为突跃电平变化的响应完成其响应电平变化所需的时间间隔。

根据本发明的另一示例性实施例，第一测试信号和/或第二测试信号是在内燃发动机实际操作中施加到燃料喷射器的线圈驱动件的电激励的分量。这具有如下益处：确定由两个电子电路引起的独立时间延迟可以在有关燃料喷射器的标准操作中完成。因而，在每个情况下，根据电流操作状况，在内燃发动机操作期间还可以确定精确时间延迟。这意味着还在变化的时间延迟的情况下，这可能由变化的操作状况（例如，温度）引起，可以总是使用当前有效的时间延迟，以确定阀针的打开运动或关闭运动结束时精确的时间。

在该上下文中，要注意的是，在用于施加适合于实际喷射操作的电激励到线圈驱动件的已知电流调节器单元（通常还被技术人员称为电流调节器硬件）中，存在测量电流以及测量电压两者突跃变化的短的时间间隔或时间。这些短的时间间隔或时间具体地是激励阶段结束后立即开始的时间窗口。具体地，电流调节器硬件的电子开关一到达状态“高电阻”，在线圈驱动件上就产生反向感应（counter induction），这确定施加到线圈驱动件的线圈上的电压突跃变化的时间。该反向感应在常规电流调节器硬件中被限制，因为对应能量馈送回到位于有关电流调节器硬件中的增压电路中。因而，得到限制为电压-V_boost的电压，这近似对应于反向的增压电压。由于感应引起的电流升高在经由电流调节器硬件的分流器反馈之后朝向0 A进入接地线（GND）。于是，这表示电流进程中的可检测跳跃。

根据本发明的另一示例性实施例，第一测试信号具有与第一电平变化相反的另一第一电平变化。可选地或者结合地，第二测试信号具有与第二电平变化相反的另一第二电平变化。这具有如下益处：由相应电子电路引起的时间延迟可以更精确地确定。

具体来说，这意味着该文献所述的方法可以通过调节的电流/电压激励来扩展，从而第二侧翼还出现在电流或电压测量的输入处，其符号与第一侧翼（即，分别为上述的突跃第一或第二电平变化）相比相反，且其（第二侧翼）可以在与第一侧翼相比限定的时间间隔处产生。

根据本发明的另一方面，描述了一种用于激励机动车辆的内燃发动机的燃料喷射器的方法，所述燃料喷射器具有线圈驱动件。所述激励方法包括：（a）借助于用于确定具有线圈驱动件的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的上述方法来确定燃料喷射器的随时间变化的运动性能；以及（b）基于所确定的随时间变化的运动性能调节燃料喷射器的电激励，从而使用喷射操作喷射预定数量的燃料。

所述激励方法基于如下发现：用于确定具有线圈驱动件的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的上述方法可以用于基于精确知道如下信息来调节燃料喷射器的电激励的目的：（a）阀针的打开运动结束时的时间和（b）阀针的关闭运动结束时的时间，从而燃料喷射器实际上打开的持续时间关于最佳燃料喷射量调节，使得这尽可能精确地对应于针对具体操作状态预先限定的目标数量。

使用所述的激励方法，燃料喷射器的数量精度可以显著地改进，尤其是在少的数量的情况下，因而，可以对较低燃料消耗和/或对减少污染物排放作出重要贡献。

具体来说，通过合适的数学方法，例如，模拟取样和/或与目标值进行比较，可以确定所确定的分别在打开运动或关闭运动结束时的时间距该目标值的偏差。在每个情况下，该目标值可以具体地表示在没有公差的情况下电子电路的标准值。在每个情况下，借助于精确地知道所使用的电子电路的偏差，通过调节激励的开始以及激励的持续时间，可以在所喷射燃料的高数量精度方面特别精确地设定喷射量，所述偏差是实际的且因而经受公差。

例如，如果打开运动结束时的时间在时间方面向后偏移，这可以通过电流开始的对应向前偏移来校正。以对应的方式，如果关闭运动结束在时间方面向后偏移，那么燃料喷射器的对应延长的打开时间可以通过对应地缩短的激励持续时间来补偿。这种校正可以有利地通过脉冲和/或缸体独立地执行。

由于除了燃料喷射器的公差之外，所应用的校正还依赖于物理系统参数，例如燃料温度和距先前喷射操作的时间间隔，这些依赖性可以存储在合适的引导控制特性曲线或者引导控制特性映射图中或者通过模型描述。

根据本发明的另一方面，描述了一种用于确定机动车辆的内燃发动机的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的装置，所述燃料喷射器具有线圈驱动件。所述装置包括：（a）电气调节单元，所述电气调节单元配置成将电激励施加到线圈驱动件的线圈，这引起阀针的打开运动，所述阀针联接到线圈驱动件的磁性电枢；（b）测量单元，所述测量单元配置成记录线圈的第一电气测量变量的时间进程；以及（c）数据处理单元，所述数据处理单元配置成基于所记录的第一电气测量变量的时间进程来确定打开运动结束时的时间。所述电气调节单元还配置成修改线圈的电激励，使得阀针执行关闭运动。所述测量单元还配置成记录线圈的第二电气测量变量的时间进程。所述数据处理单元还配置成基于所记录的第二电气测量变量的时间进程来确定关闭运动结束时的时间，其中，两个测量变量中的一个是施加到线圈的电压的电平，两个测量变量中的另一个是流动通过线圈的电流的强度。

所述装置也基于如下知识：通过评估两个不同的电气测量变量，在（a）打开运动结束和（b）关闭运动结束时的时间可以特别精确地确定，因而可以获得关于燃料喷射器的实际运动性能的重要发现。这继而允许机动车辆的内燃发动机中的燃烧操作的更精确燃料计量。

根据本发明的另一方面，描述一种用于机动车辆的内燃发动机的发动机控制器。所述发动机控制器包括：（a）用于确定具有线圈驱动件的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的上述装置。

所述发动机控制器基于如下知识：上述装置可以在机动车辆的内燃发动机的发动机控制器中实施，且因而基于精确知道燃料喷射器的阀针的实际运动性能，通过修改喷射器电激励，可以实现：（i）喷射器独立公差的合适补偿和/或（ii）用于信号调节的电子电路的独立电气公差的合适补偿。因而，可以实施燃料喷射操作的特别高的数量精度。

根据本发明的另一方面，描述了一种用于确定机动车辆的内燃发动机的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的计算机程序，所述燃料喷射器具有线圈驱动件。所述计算机程序配置成在由处理器执行时实现用于确定具有线圈驱动件的燃料喷射器的随时间变化的运动性能的方法。

在该文献的意义上来说，阐述这种计算机程序等同于程序元件、计算机程序产品和/或计算机可读介质的构思，所述计算机可读介质包含用于控制计算机系统以便以合适的方式协调系统或方法的操作模式的指令，以便实现与根据本发明的方法有关的效果。

计算机程序可以实施为任何合适编程语言的计算机可读指令代码，例如Java、C++等。计算机程序可以存储在计算机可读存储介质（CD-ROM、DVD、蓝光盘、可拆卸驱动器、易失性或非易失性存储器、安装的存储器或处理器等等）上。指令代码可以编程计算机或其它可编程装置，例如具体地用于机动车辆的内燃发动机的控制装置，从而执行期望功能。此外，计算机程序可以在网络中提供，例如互联网，用户可以根据需要从其下载。

本发明可以借助于计算机程序（即，借助于软件）且还借助于一个或多个专用电子电路（即，硬件）两者来实施，或还可以以任何期望的混合形式（即，借助于软件部件和硬件部件）。

要注意的是，本发明的实施例参考本发明的不同目的描述。具体地，本发明的多个实施例使用装置权利要求描述，且本发明的其它实施例使用方法权利要求描述。然而，本领域技术人员在阅读本申请后将立即清楚，如果没有另有明确指出，除了与本发明目的的一种类型有关的特征的组合之外，与本发明的目的的不同类型有关的特征的任何期望组合是可能的。

附图说明

本发明的其它益处和特征从当前优选实施例的如下示例性描述获得。本申请的附图的各个图仅仅认为是示意性的，且未按比例绘制。

图1示出了用于确定燃料喷射器的随时间变化的运动性能的装置。

图2图示了基于输出信号的时间进程的评估来确定由电子信号调节电路引起的时间延迟，所述输出信号与具有两个侧翼的输入测试信号的时间进程相比被平滑化。

具体实施方式

要注意的是，下文所述的实施例仅仅表示本发明的可能实施例变型中的有限选择。具体地，可以以合适的方式将各个实施例的特征彼此组合，从而对于本领域技术人员而言，多个不同实施例可以认为是使用本文明确示出的实施例变型明显地公开。

图1示出了用于确定燃料喷射器的随时间变化的运动性能的装置10。装置100具有电气调节单元102、测量单元104和数据处理单元106。

根据本文所示的示例性实施例，电气调节单元102是电流调节单元，配置成将流动通过线圈的预定进程的电流形式的电激励施加到线圈驱动件的线圈（未示出）。电激励在该情况下足够强，使得其导致阀针的打开运动，阀针联接到线圈驱动件的磁性电枢。电气调节单元102还配置成修改线圈的电激励，从而在执行打开运动之后阀针执行关闭运动。在该情况下，关闭运动可以具体地通过弹簧的弹性力引起，弹簧通过打开运动预先张紧。

测量单元104配置成记录线圈的第一电气测量变量的时间进程，其中，该第一测量变量是流动通过线圈的电流的强度。测量单元104还配置成记录线圈的第二电气测量变量的时间进程，其中，该第二测量变量是施加到线圈的电压的电平。

测量单元104可以配置成使得所述电气测量变量均在特定时间窗口排他地记录，例如结合电激励的开始或结束。

数据处理单元106配置成评估第一电气测量变量或者流动通过线圈的线圈电流的强度的时间进程，且基于第一电气测量变量的时间进程的评估结果来确定打开运动结束时的时间。数据处理单元106还配置成评估第二电气测量变量或者施加到线圈的电压的电平的时间进程，且基于第二电气测量变量的时间进程的评估结果来确定关闭运动结束时的时间。

装置100或者装置100的至少部分（例如具体地测量单元104和/或数据处理单元106）可以在机动车辆的内燃发动机的发动机控制器中实施。

图2图示了基于输出信号的时间进程的评估来确定由电子信号调节电路引起的时间延迟，所述输出信号与具有两个侧翼的输入测试信号的时间进程相比被平滑化。第一测试信号221在图2的顶部中示出，具有第一侧翼221a和第二侧翼221b的形式的两个大致台阶形电平变化。根据本文所示的示例性实施例，该第一测试信号221是施加到燃料喷射器的线圈驱动件的线圈的电压U_injector的进程。该电压进程，在燃料喷射器的常规激励期间也以良好的近似的形式发生，应用于信号调节电路241的输入241a。信号调节电路241在图2中以简化的形式显示为低通滤波器，其具有运算放大器OPV、电阻器R和电容器C。于是，在信号调节电路241的输出241b处，时间延迟的第一输出信号231输出给快速模拟数字转换器（FADC）（未示出），其中，第一测试信号221中存在的初始侧翼221a，221b被平滑化。该平滑化的程度，可以通过连接在FADC下游的评估单元（也未示出）分析，于是是由信号调节电路241引起的独立时间延迟的度量。在该情况下，独立时间延迟由安装用于信号调节电路241的部件的独立公差确定。

以对应的方式，具有两个侧翼222a和222b的第二测试信号222供应给第二信号调节电路242的输入242a。根据本文所示的示例性实施例，该第二测试信号222是流动通过分流器的电流I_shunt的进程，分流器与燃料喷射器的线圈驱动件的线圈串联连接，其在燃料喷射器的常规激励期间也以良好的近似的形式发生。第二信号调节电路242也具有低通滤波器电路的特性，在图2中示意性地借助于运算放大器OPV、电阻器R和电容器C示出。在此，第二输出信号232也在第二信号调节电路242的输出242b处输出，其中，第二测试信号222中初始存在的侧翼222a，222b被平滑化。该平滑化的程度在通过另一FADC（输出）数字化后供应给另一评估单元（也未示出）。该另一评估单元于是分析输出信号232，且基于所执行的平滑化来确定由信号调节电路242引起的独立时间延迟。在该情况下，独立时间延迟由安装用于信号调节电路242的部件的独立公差确定。

根据本文所述的示例性实施例，不同测量通道因而用于两个测量信号，其中一个是电压信号的进程，其中另一个是电流信号的进程，其中，每个测量通道具有信号调节电路241或242和还有FADC（在每个情况下未示出）。在数字化之后通过两个FADC执行的评估可以借助于共用评估单元或者借助于两个不同的评估单元来执行。

用于每个测量通道的时间延迟的本文所述的独立确定具有如下益处：通过两个电子电路的不同时间延迟可以对每个电路独立地确定且在确定相应运动结束时的时间期间被考虑。因而，在确定打开运动结束时的时间时和在确定关闭运动结束时的时间时实现特别高的精度。基于这样精确知道独立燃料喷射器的运动性能和通过两个独立信号调节电路的时间延迟，燃料喷射器的线圈驱动件的电激励于是可以被调节，从而可以实现喷射燃料的特别高的数量精度。

附图标记列表

100 用于确定燃料喷射器的随时间变化的运动性能的装置

102 电气调节单元/电流调节单元

104 测量单元

106 数据处理单元

221 第一测试信号

221a 第一侧翼

221b 第二侧翼

222 第二测试信号

222a 第一侧翼

222b 第二侧翼

231 第一输出信号

232 第二输出信号

241 第一电子电路/第一信号调节电路

241a 输入

241b 输出

242 第二电子电路/第二信号调节电路

242a 输入

242b 输出

U_injector 喷射器处的电压

FADC_U_injector 第一信号调节电路241的输出241b处的电压

I_shunt 通过分流器电阻器的电流

FADC_I_shunt 第二信号调节电路242的输出242b处的电压

OPV 运算放大器

R 电阻器

C 电容器