用于具有磁性线圈驱动装置的燃料喷射器的电致动时间的确定的制作方法

本发明涉及致动燃料喷射器的技术领域。特别地，本发明涉及用于确定用于致动具有磁性线圈驱动装置的燃料喷射器的电致动时间的值以便获得预定喷射量的方法。此外，本发明涉及用于致动具有磁性线圈驱动装置的燃料致动器的方法、发动机控制器以及计算机程序。

背景技术：

为了将燃料喷射到燃烧室（诸如，气缸）中，例如，可以使用燃料喷射器，诸如例如，磁性线圈阀或者磁性线圈喷射器。这种磁性线圈喷射器（也被称为线圈喷射器）具有线圈，当电流流过该线圈时，该线圈产生磁场，因此，在电枢上施加磁力以使得电枢移动以便打开或者关闭喷嘴针或者关闭元件，从而打开或者关闭磁性线圈阀。如果磁性线圈阀或者磁性线圈喷射器在电枢与喷嘴针之间、或者在电枢与关闭元件之间具有所谓的空行程，则电枢的移动不会导致关闭元件或者喷嘴针立即移动，而是只有在电枢移动了空行程的大小之后才能完成。

当电压被施加至磁性线圈阀的线圈时，电磁力使电枢在极片或者极靴的方向上移动。喷嘴针或者关闭元件由于机械联接（例如，机械接触）而移动（在具有空行程的喷射器的情况中，只有在已经克服了空行程之后才移动），并且利用对应位移打开喷射孔以将燃料供应到燃烧室中。如果电流进一步流过线圈，则电枢和喷嘴针或者关闭元件继续移动直到电枢到达极片或者停靠极片上。此处被喷嘴针覆盖直到电枢邻接抵靠极片的距离也被称为针行程或者工作行程。为了关闭燃料喷射器，被施加至线圈的励磁电压被关断并且线圈被短路，从而使磁力消散。因为储存在线圈中的磁场消散，所以线圈短路导致电压的极性的反转。电压的水平受限于二极管。由于例如由弹簧提供返回力，所以喷嘴针或者关闭元件（包括电枢）移动到关闭位置。在这种背景下，在相反的方向上经过针行程。在具有空行程的喷射器的情况中，随后也在相反的方向上通过该空行程。

在燃料喷射器打开时开始针移动的时间（也被称为OPP1）与喷射的开始相对应，并且在关闭燃料喷射器时结束针移动的时间（也被称为OPP4）与喷射的结束相对应。这两个时间因此确定喷射的液压持续时间。因此，对于相同的电致动，针移动的开始（打开）和针移动的结束（关闭）的喷射器特定的时间变化能够导致不同的喷射量。这种变化特别地归因于制造公差，例如，弹簧力、摩擦、座直径、针行程、空行程等。

为了校正喷射量的这种变化，特别是为了使多个喷射器的喷射量相等，已知的是例如通过测量反馈信号来获取打开时间和关闭时间。如在专利申请DE 3843138 A1中描述的，优选地使用对叠加在线圈电流或者电压上的特性电压的测量。此处已知的是，能够通过使用在机构（电枢＋喷射器针）与磁路（线圈＋壳体＋电枢＋极片）之间的涡流驱动的耦合以生成信号来获得反馈信号。该物理效应基于电磁电路中的由于电枢和喷射器针的移动而产生的速度相关的自感应。取决于移动速度，在磁性线圈中产生叠加在致动信号上的电压（特性电压）。

这种效应的利用意味着，电压或者电流的电基本参数与由于针移动而产生的信号变化的叠加能够被适当地分开并且然后被进一步处理。电压或者电流信号中的特性信号形式相对于发生时间被评估。

该特性信号形式的评估是检测打开的主要问题。因为在打开发生时磁路通常处于饱和状态，所以对磁路的反应最小并且因此只能检测到不满意的情况下。解决方案是主动地改变致动以便确保磁路不饱和。然而，在这种背景下，喷射器的行为改变，从而使得随后转变到标准操作模式是必要的，但是这种操作模式与相当大的不准确性相关联。

技术实现要素：

本发明基于使确定燃料喷射器的打开行为的改进且简化的方法可用的目标，该方法允许容易地校正喷射量。

该目标由独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，一种用于确定用于致动具有磁性线圈驱动装置的燃料喷射器的电致动时间的值的方法被描述。描述的方法包括以下步骤：（a）在预定喷射量的基础上选择电致动时间的起始值；（b）利用电致动时间的起始值执行燃料喷射器的致动过程；（c）在燃料喷射器的致动过程期间利用电致动时间的起始值检测关闭过程的持续时间；（d）在电致动时间的起始值以及检测的关闭过程的持续时间的基础上获取喷射量；（e）确定获取的喷射量与预定喷射量之间的差值；以及（f）在确定的差值的基础上确定电致动时间的值，其中，喷射量的获取以及电致动时间的值的确定通过使用特性图来执行，该特性图表示电致动时间、关闭时间和喷射量之间的关系。

描述的方法是基于下述内容的实现：使用表示电致动时间、关闭过程的持续时间以及喷射量之间的关系的特性图，以用于利用已知的电致动时间和检测的关闭过程的持续时间来获取喷射量允许容易地确定电致动时间，利用该电致动时间获得期望的液压打开时间以及因此获得预定喷射量。因此，特别有利的是，能够在没有直接检测所需的燃料喷射器打开的情况下矫正喷射量。

在本文中，“电致动时间”特别地表示将电压（增加的升压电压，在适当情况下其后是保持电压）施加至磁性线圈驱动装置的持续时间。

在本文中，“关闭过程”特别地表示开始于电压（升压电压或者保持电压）的关断并且结束于燃料喷射器的（液压）关闭的过程。

根据本发明的方法的目标是确定电致动时间的值，在该电致动时间处，如果燃料喷射器发生对应致动，则获得已经被预定（例如，由发动机控制器预定）（并且根据预确定的液压打开时间）的喷射量。

该方法通过在预定喷射量的基础上选择的电致动时间的起始值开始。该选择优选地使用表示相关类型的燃料喷射器的致动时间和喷射量之间的一般关系的存储数据进行。从广义上说，这些数据已经在这种类型的燃料喷射器的实验室测试和/或模型计算的基础上被生成。这些数据也能够结合其它传感器或者功能（例如，λ控制系统等）进行调整或者改变。因此，相关类型的每个单独的燃料喷射器在致动时间与喷射量之间都具有（实际）关系，该（实际）关系或多或少由于制造公差而产生偏差。

然后，燃料喷射器被致动，其中，电致动时间的选择起始值被使用。换言之，其持续时间等于选择值的电压分布被施加至燃料喷射器的磁性线圈驱动装置。电压分布优选地开始于增加的电压（升高电压），该增加的电压（升高电压）被保持直到流过磁性线圈的电流的强度达到预确定值（峰值电流）。然后，电压分布具有相对低的电压（保持电压）。在非常小的喷射量的情况下，可能不使用保持电压。关闭过程是在电压（升压电压或者保持电压）的关断的情况下开始的并且结束于燃料喷射器的关闭。

在燃料喷射器的致动过程期间利用致动时间的起始值检测关闭过程的持续时间。因为关闭过程的开始时间与电压的关闭相对应，所以其是已知的。关闭过程结束的时间由合适的方法确定，例如，由在上面的介绍中提及的检测方法确定。

然后，在电致动时间的起始值和检测的关闭过程的持续时间的基础上获取（实际）喷射量。喷射量的该获取是使用表示电致动时间、关闭过程的持续时间以及喷射量之间的关系的特性图来执行的。例如，该特性图以合适的形式存储在发动机控制器的存储器中。

然后，确定获取的（实际）喷射量与预定喷射量之间的差值，并且最后，在确定的差值的基础上确定电致动时间的值（待使用的）。

电致动时间的值的确定也是使用上述特性图来执行的。换言之，在该特性图的基础上确定需要改变多少电致动时间以便减小确定的喷射量与预定喷射量之间的差值或者将其调整为零。

当随后利用借助于根据本发明的方法确定的电致动时间的值来致动燃料喷射器时，因此获得更接近于或者甚至等于预定喷射量的喷射量。

根据本发明的一个示例性实施例，方法还包括以下步骤：（a）利用电致动时间的确定值执行燃料喷射器的另外的致动过程；（b）在燃料喷射器的另外的致动过程期间利用电致动时间的确定值检测关闭过程的另外的持续时间；（c）在电致动时间的确定值和检测的关闭过程的另外的持续时间的基础上获取另外的喷射量；（d）确定获取的喷射量与预定喷射量之间的差值；以及（e）在确定的差值的基础上确定电致动时间的另外的值。

在该示例性实施例中，原则上是重复根据第一方面的方法。更具体的，燃料喷射器的另外的致动过程被执行，其中，电致动时间的确定值被使用。在这种情况中，关闭过程的另外的持续时间被检测并且其与电致动时间的确定值一起被用作获取另外的喷射量的基础。这是使用与在第一方面中使用的特性图相同的特性图执行的。然后，获取的另外的喷射量与预定喷射量之间的差值被确定，并且最后，在确定的差值的基础上确定电致动时间的另外的值（待使用的）。此处，电致动时间的另外的值的确定也是使用上面提到的特性图来执行的。

在随后利用借助于根据本发明的方法确定的电致动时间的另外的值来致动燃料喷射器期间，因此获得甚至更接近于或者甚至等于预定喷射量的喷射量。

上述步骤能够以更精确迭代的方式被重复一次或者多次以便确定待用于致动时间的值。特别地，上述步骤能够被重复直到确定的差值变得小于预确定阈值。

根据本发明的另外的示例性实施例，该方法还包括：确定该差值是否大于预确定阈值，其中，只有在该差值大于预确定阈值时，才执行另外的值的确定。

换言之，只有在由预确定阈值预定的精度尚未实现时，才允许另外的值。

根据本发明的另外的示例性实施例，该特性图包括多个曲线，每个曲线具有恒定的喷射量，其中，沿第一轴指定电致动时间，并且沿第二轴指定关闭过程的持续时间（关闭时间）。

换言之，特性图中的每个单独曲线与确定的喷射量相对应。通过已知存储在特性图中的变量中的两个（例如，电致动时间和关闭过程的持续时间），因此能够获取第三变量（例如，喷射量）。如果电致动时间和关闭过程的持续时间的组合没有直接位于喷射量曲线中的一个上，则能够通过插值法来确定喷射量。

根据本发明的另外的示例性实施例，在弹道操作模式下执行燃料喷射器的致动过程。

在弹道操作模式下，致动时间很短以至于针没有到达其针止挡。在这种情况中，打开过程和关闭过程直接联接在一起，并且针的轨迹近似抛物线。

实现此的基础是没有空行程的喷射器的力平衡，原则上，只有弹簧力和磁力确定轨迹。因此，能够借助于致动时间和关闭时间确定弹簧力（以及因此确定打开）。在有空行程的情况下，动力是附加因素。

根据本发明的另外的示例性实施例，在线性操作模式下执行燃料喷射器的致动过程，并且方法还包括以下步骤：（a）获取燃料喷射器的针行程的值；以及（b）在针移动的获取值的基础上从多个特性图中选择特性图。

在线性操作模式下，致动时间很长以便使针达其针止挡。在这种情况中，打开过程和关闭过程不彼此联接，而是由保持阶段分开，在该保持阶段中，燃料喷射器保持打开。

在该示例性实施例中，考虑针行程的变化对关闭过程的影响（针行程越大，在其他方面相同的条件下持续时间就越长），由此用于燃料喷射器的针行程的值被获取，并且在该值的基础上选择特性图。

换言之，一系列特性图被存储在发动机控制器中，其中，每个特性图被分配给针行程。

替代地，也能够使用校正因子（根据针行程而变化）或者包含取决于针行程的偏移值的特性图。

也能够使用各种方法来获取针行程的值。例如，能够通过在安装燃料喷射器期间进行测量以及通过借助于模型在燃料喷射器的使用寿命期间进行调整来获取针行程。还能够使用在燃料喷射器的操作期间对PSI-I曲线（根据电流强度变化的磁通量）进行测量来确定针行程。还有另外的可能性是在操作和利用模型进行调整期间利用特定分布来致动燃料喷射器。

根据本发明的另外的示例性实施例，该方法还包括以下步骤：（a）获取燃料喷射器的空行程的值；以及（b）在获取的空行程的值的基础上从多个特性图中选择特性图。

在具有空行程的燃料喷射器中，变化也会发生在实际空行程中。在该示例性实施例中考虑了这种变化，由此实际空行程被获取并且选择与该值相对应的特性图。

替代地，也能够使用校正因子（根据空行程变化）或者包含取决于空行程的偏移值的特性图。

也能够使用各种方法来获取空行程的值。例如，能够通过在安装燃料喷射器期间进行测量或者通过借助于模型在燃料喷射器的使用寿命期间进行调整来获取空行程。还能够使用在燃料喷射器运行期间对PSI-I曲线（根据电流强度变化的磁通量）进行测量来确定空行程。还有另外的可能性是在操作和利用模型进行调整期间利用特定分布来致动燃料喷射器。

根据本发明的第二方面，一种致动具有磁性线圈阀的燃料喷射器的方法被描述。描述的方法包括以下步骤：（a）获得预定喷射量；（b）执行根据第一方面或者前述示例性实施例中的一个的方法以便确定电致动时间的值；以及（c）利用电致动时间的确定值来致动燃料喷射器。

利用根据该方面的方法，使得关于获得的喷射量的燃料喷射器的非常精确的致动过程可用，该致动过程不需要用于确定燃料喷射器的打开时间的任何复杂方法。

根据本发明的第三方面，用于车辆的发动机控制器被描述，以用于使用根据第一/第二方面和/或上述示例性实施例中的任一个的方法。

该发动机控制器允许在没有用于获取燃料喷射器的打开时间的复杂且需要计算的方法的情况下的关于获得的喷射量的燃料喷射器的非常精确的致动过程。

根据本发明的第四方面，一种计算机程序被描述，该计算机程序被设计为在被处理器执行时执行根据第一或者第二方面和/或上述示例性实施例中的一个的方法。

在本文的意义内，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概念，其包含用于控制计算机系统以便以合适的方式协调系统或者方法的操作方式的执行，从而实现与根据本发明的方法相关联的效果。

例如，该计算机程序能够被实施为任何合适编程语言（诸如，JAVA、C++等）的计算机可读指令代码。计算机程序能够存储在计算机可读存储介质（CD-ROM、DVD、蓝光盘、可移动驱动器、易失性或者非易失性存储器、集成式存储器/处理器等）上。指令代码能够对计算机或者其它可编程装置（诸如，特别是机动车辆的发动机的控制单元）进行编程以使得期望的功能被执行。此外，计算机程序能够设置在网络（诸如例如，互联网）中，用户能够在需要时从该网络中下载。

本发明能够借助于计算机程序（即，软件）来实现，而且也能够借助于一个或者多个特定电路（即，作为硬件）或者以任何期望混合形式（即，借助于软件组件和硬件组件）来实现。

应注意的是，已经参照本发明的不同主题描述了本发明的实施例。特别地，本发明的一些实施例是通过方法权利要求来描述的，并且本发明的其它实施例是通过设备权利要求来描述的。然而，本领域的技术人在阅读本申请时会立刻明白，除非另有明确说明，否则除了与本发明的一种类型的主题相关联的特征的组合之外，与本发明的不同类型的主题相关联的特征的任何组合也是可能的。

附图说明

在优选实施例的以下示例性描述中能够发现本发明的其他优点和特征。

图1示出了具有磁性线圈驱动装置的燃料喷射器的截面图。

图2示出了在燃料喷射器被致动时电压和电流的示例性时间分布。

图3示出了在不同的弹簧力的情况下（在相同的致动的情况下）的燃料喷射器的相应喷射率的示例性时间分布。

图4示出了致动时间、关闭时间和打开时间之间的关系的三维图示。

图5示出了致动时间、关闭时间和喷射量之间的关系的三维图示。

图6示出了根据示例性实施例的示例性特性图。

图7示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

应该注意的是，下面描述的实施例仅是对本发明的可能变型实施例的有限选择。

图1示出了具有磁性线圈驱动装置的燃料喷射器1（磁性线圈喷射器）的截面图。已知燃料喷射器1本身具有极片2、可移动电枢3、线圈4、喷嘴针5、弹簧6和线圈壳体7。燃料喷射器1在电枢3与喷嘴针5之间具有空行程。当电压被施加至安装在线圈壳体7中的线圈4时，电枢3通过电磁力在极片2的方向上移动。由于机械联接，喷嘴针5随后在克服空行程之后同样地移动并且暴露喷射孔以用于供应燃料。电枢3和喷嘴针5继续移动直到电枢3碰撞极片2（针行程）。为了关闭喷射器1，励磁电压被断开连接并且因此磁力下降。喷嘴针5和电枢3通过弹簧6的弹簧力移动到关闭位置。以相反顺序经过空行程和针行程。在没有空行程的燃料喷射器中，不需要首先克服空行程；在其它方面中，这种燃料喷射器以类似的方式被致动。

图2示出了在燃料喷射器1被致动时电压U和电流I的示例性时间分布21和22。致动开始于施加升压电压（例如，约65 V）的时间t=0。如果电流I的强度达到预确定最大值（峰值电流）、在该示例中为10 A，则电压被降低直到电致动时间TI结束（在该示例中，在时间t=0.3 ms处）。然后，线圈电流被降低并且因此磁力与其成比例地降低。只要作用在关闭方向上的力大于作用在打开方向上的力，针就开始关闭。

图3示出了在没有空行程的情况下以及在不同的弹簧力6的情况下的燃料喷射器1的相应喷射率ROI的示例性时间分布31、32和33，其中，燃料喷射器1全部以相同的方式被致动（例如，在图2所示的电致动时间TI=0.3 ms的情况下）。

分布31与弹簧6具有相对小的弹簧力的燃料喷射器1相对应。分布32与弹簧6具有相对大的弹簧力的燃料喷射器1相对应。分布33与弹簧6具有甚至更大的弹簧力的燃料喷射器1相对应。从图3中可明显看出（参见分布31），具有最小弹簧力（ROI>0）的燃料喷射器1最先打开并且最后关闭。以类似方式，分布33示出的是，具有最大弹簧力的燃料喷射器1最后打开并且最先关闭。具有中等弹簧力的燃料喷射器1的打开（参见分布32）介于具有最小弹簧力的燃料喷射器的打开（分布31）与具有最大弹簧力的燃料喷射器1的打开（分布33）之间。以类似方式，具有中等弹簧力的燃料喷射器1的关闭（参见分布32）介于具有最大弹簧力的燃料喷射器的关闭（分布33）与具有最小弹簧力的燃料喷射器1的关闭（分布31）之间。

总之，鉴于没有空行程的喷射器的相同致动，获得以下关系：具有小弹簧力的喷射器具有早的打开时间和晚的关闭时间，并且这在具有大弹簧力的喷射器中对应地相反。

图4示出了致动时间TI、关闭时间TS和打开时间OPP1之间的关系的三维图示40。图4所示的关系是在对多个燃料喷射器（具有各种弹簧力）的多次测量（在不同的致动时间TI的情况下）的基础上获取的。

图5示出了致动时间TI、关闭时间TS和喷射量MFF之间的关系的三维图示50。图5所示的关系50是从图4所示的关系40导出的。为此目的，使用了液压打开时间决定性地确定输出的燃料量这一事实。液压打开时间由关闭时间（OPP4）与打开时间（OPP1）之间的时间差确定。因为两个时间是已知的（OPP4与关闭时间直接关联），所以图示40中的OPP1能够由燃料量MFF代替。因此，再次获得已知TI与测量TS之间的唯一预定关系50以用于确定该量。

图6示出了根据示例性实施例的示例性特性图60。特性图60通过从图示50中获取恒定燃料量的相等线（iso line）而获取。换言之，特性图中的每个曲线都与恒定喷射量（在示例中被示出为1.25 mg、1.5 mg、1.75 mg、2.0 mg、2.25 mg、2.5 mg、2.75 mg、3.0 mg、3.25 mg、3.5 mg和3.75 mg）相对应。利用致动时间TI的选择值和关闭时间（关闭过程的持续时间）的测量值，因此易于获得喷射量作为点（TI、TS）位于其上的特性图60中的曲线。例如，在TI=0.3 ms和TS=0.25 ms的情况下，获得喷射量1.5 mg。

特性图60形成下面所描述的根据本发明的方法的基础。

图7示出了根据本发明的用于确定致动具有磁性线圈驱动装置3和4的燃料喷射器1的电致动时间的值以便获得预定喷射量的方法的流程图70。

方法70开始于步骤71，其中，在预定喷射量的基础上选择电致动时间TI的起始值。换言之，在此为电致动时间TI选择一个值，如果燃料喷射器的不同属性和变量均具有对应标准值，则利用该值应获得预定喷射量。

在步骤72中，利用电致动时间TI的选择起始值来执行燃料喷射器1的致动过程，并且在步骤73中，在燃料喷射器1的致动过程期间利用电致动时间的起始值检测关闭过程的持续时间TS（关闭时间）。

在电致动时间TI的选择起始值和获取的关闭时间TS的基础上，在步骤74中，现在使用特性图60来获取实际喷射量。

在步骤75中，然后计算获取的喷射量与预定喷射量之间的差值。

在步骤76中，然后确定该差值是否大于预确定阈值k。

如果情况是这样的，则在步骤77中在该差值的基础上确定电致动时间TI的新值。更具体地，使用特性图60来确定电致动时间TI的新值。利用TI的该新值，方法现在返回步骤72，在步骤72中，利用电致动时间TI的新值来执行燃料喷射器的更新的致动过程。

如果在步骤76中确定该差值小于或者等于预确定阈值k，则方法70结束于78。然后，电致动时间的最后值提供由阈值限定的精度的预定喷射量，并且因此能够用于在操作期间致动燃料喷射器。

要明确注意的是，以上描述仅构成所要求保护的本发明的许多可能实施例中的一个。特别地，明显更复杂的实施例也是可能的，例如，该实施例具有各种功能和/或调节器的组合。例如，如果图4所示的关系用于确定除喷射量之外的打开时间（OPP1），则图4所示的关系也可以用作对关闭时间调节过程的附加。

附图标记列表

1 燃料喷射器

2 极片

3 电枢

4 线圈

5 喷嘴针

6 弹簧

7 线圈壳体

21 电压分布

22 电流分布

31 喷射率分布

32 喷射率分布

33 喷射率分布

40 3D图示

50 3D图示

60 特性图