本发明涉及一种用于操作机动车辆的高压喷射系统的高压泵的方法。燃料可以通过高压喷射系统输送到机动车辆的内燃发动机中。本发明还包括用于高压喷射系统的控制装置和包括根据本发明的控制装置的机动车辆。
背景技术：
在高压喷射系统中，由高压喷射系统的高压泵产生的燃料压力被调节在设定点压力。入口阀的电磁体是这种压力调节的致动器。所述阀是数字入口阀(div)，在高压泵的递送阶段期间所述数字入口阀的关闭时间决定了有多少泵送的流体通过燃料泵的出口阀被递送、挤压或泵送到高压区域(轨道)。换句话说，高压泵的流量取决于入口阀的电磁体的致动时间。由于弹簧将入口阀永久地压向打开位置，当没有电流施加到电磁体时，没有燃料被输送通过出口阀。通过激活电磁体的线圈电流的致动分布(所谓的峰值保持电流分布)，入口阀通过电磁体来关闭。结果，压缩室或泵室内的燃料可以被高压泵的活塞压缩，并通过出口阀被输送到高压区域。
只有当致动发生在高压泵的压缩阶段或递送阶段时，具体地在活塞仍在从其循环活塞运动的下止点移动到上止点时，才有可能以精确的方式设定输送量和因此设定点压力。因此，有必要知道高压泵的活塞的上止点的时间，以便能够将燃油压力完全设定到设定点压力。然而，一个时间在这里并不一定意味着时间的规格。活塞通常由马达轴驱动，例如通过高压喷射系统被供应燃料的内燃发动机的曲轴。相应地，上止点也可以由马达轴的对应旋转位置来描述。在活塞的上止点的马达轴的旋转位置在这里称为止点旋转位置。
考虑到制造公差和/或由于驱动期间所涉及的部件的几何形状的变化，马达轴的旋转位置和上止点之间的关系将通过校准来确定。
如果止点旋转位置估计不准确，这可能导致燃料泵输送不期望的少量待泵送流体，并且具有相比最佳为低的效率程度。在最坏的情况下，要输送或泵送的流体根本不被输送。
本发明基于确定高压喷射系统的高压泵中的止点旋转位置的目的，该高压泵由马达轴驱动。
该目的通过独立专利权利要求的主题来实现。本发明的有利发展通过从属专利权利要求、以下说明和附图来描述。
技术实现要素：
本发明提供了一种用于操作机动车辆的高压喷射系统的高压泵的方法。在所描述的方式中，高压泵的活塞由机动车辆的马达轴以本身已知的方式驱动。结果，活塞在高压泵的泵室或工作容积或压缩室中的下止点(最低压缩)和上止点(最高压缩)之间周期性地移动。在所谓的进入阶段，活塞朝向下止点移动。同时，流体，例如燃料，特别是柴油或汽油，通过入口阀流入压缩室。在随后的递送阶段，活塞从下止点开始朝向上止点移动。这里，递送阶段还旨在包括活塞超过上止点的移动。如下面将要解释的，超过上止点的移动并不意味着新的流体直接流入燃烧室。只有当入口阀再次打开时，才会发生在递送阶段和随后的进入阶段之间的过渡。
在递送阶段，已经流入压缩室的流体从压缩室再次被递送。当入口阀打开时，这通过入口阀(回流)发生。在活塞移动到上止点的过程中，入口阀以所描述的方式关闭，例如根据将由控制装置通过向电磁体施加电流来设定的设定点压力。流体通过入口阀的回流然后得以停止。相反，流体然后由活塞递送通过出口阀。在这种情况下，保持入口阀关闭不再需要线圈电流。具体而言，在关闭后，由于压缩室中的压力上升，入口阀自动保持关闭。
在此过程中，然后需要估计其中活塞位于上止点的马达轴的旋转位置，以便能够根据设定点压力值确定入口阀的所述关闭时间。根据本发明，为此目的，在上止点的过冲（overshooting）期间和/或之后，在递送阶段，通过控制装置提供线圈电流以保持施加到电磁体上。如果在入口阀关闭后电磁体已经关闭(也就是说线圈电流已经中断)，作为上述的替代，线圈电流再次接通，也就是说线圈电流再次施加到电磁体。为了及时接通线圈电流，可以从止点旋转位置的估计值或标准值(默认值)开始。
当线圈电流现在流过电磁体时，检测开始时间，在该开始时间，由于入口阀的打开移动的开始，线圈电流满足预定的变化标准。例如，确定线圈电流的电流强度，并且检查所述电流强度随时间的分布，以确定是否满足变化标准。因此，由入口阀执行的从关闭位置到打开位置的移动是基于线圈电流随时间的分布来检测的。移动的开始，也就是入口阀移出关闭位置的开始时间，在这里很重要。根据确定的开始时间，确定活塞因此处于上止点的马达轴的止点旋转位置。检测到的所述开始时间本身可以被指定为马达轴的旋转位置的值。因此，不需要时间测量，而是可以将所有确定的值指定为马达轴的旋转位置值。
本发明提供的优点是，不需要通过单独的传感器对活塞进行复杂的位置测量来确定上止点。止点旋转位置通过线圈电流随时间的分布被间接地确定。为此，在入口阀关闭后，线圈电流将被进一步保持或再次接通。
本发明还包括有利的发展，其特征产生附加的优点。
为了识别打开移动的开始，以所描述的方式检查变化标准。该变化标准要求，特别是，有效线圈电流上升。换句话说，入口阀的打开移动通过电磁体的电线圈中感应的感应电压来识别，这导致附加的感应电流，其叠加在设定的线圈电流上，并因此产生更大的有效线圈电流。
为了检测有效线圈电流的上升，也就是说附加的感应电流，线圈电流的平均值在每种情况下优选地在特定的测量时间被确定，也就是说例如周期性地，例如以在1ms到100ms范围内的时间间隔。这里，例如，线圈电流的测量值可以在最后一毫秒到最后200ms的范围内被组合以形成相应的平均值。在该实施例中，变化标准要求，开始时间是平均值大于紧接在前面的测量时间的平均值的测量时间。换句话说，如果测量时间的序列随着电流平均值上升或变得更大，则规定将其定义为开始时间。
然而，不能像为了确定止点旋转位置那样通过向入口阀施加电流来保持入口阀关闭，因为这将会完全阻止打开移动的开始。为了确保这一点，优选地规定将在上止点的过冲期间和/或之后的线圈电流的电流强度设定为小于关闭入口阀所需的最小值。因此，所述电流不是用于关闭入口阀的线圈电流，而是测量电流。
特别地，规定由线圈电流产生的关闭力小于将入口阀推向打开位置的阀弹簧的弹簧力。因此，至少对于其中流体完全膨胀的情况，即膨胀到高压泵的入口或低压区域中的入口压力的情况，确保了入口阀被安全地或可靠地打开。
流体的膨胀也影响入口阀打开(也就是说，打开移动开始或启动)的开始时间，该时间相对于上止点被延迟。这是因为入口阀不会早在活塞过冲上止点时打开，而是在活塞已经移动远离上止点并且流体已经膨胀到阀弹簧的弹簧力和入口压力的压力一起大于压缩室中的流体的压力时的较晚时间打开。因此，通过确定活塞冲程，优选地通过从马达轴在开始时间(也就是说，当入口阀启动或开始打开时)的旋转位置开始反算来更精确地估计止点旋转位置，为了使流体从上止点开始膨胀到导致入口阀打开移动开始的程度，该活塞冲程是必需的。换句话说，流体的膨胀也被考虑在内。在上止点，流体被进一步弹性压缩，使得即使活塞继续移动，流体也能继续保持入口阀关闭。对于每个活塞移动或每个移动周期，在移动开始之前，不需要重新计算活塞冲程。预先形成的计算值可以用于此目的。所描述的反向计算可以例如通过表格或特征映射来执行。
优选地，规定根据流体的温度和/或压力进行反向计算。结果，可以考虑流体的当前弹性模量(e模量)，该弹性模量随着流体的温度和/或压力的变化而变化。这使得确定止点旋转位置更加精确。
根据本发明，提供了一种用于机动车辆的高压喷射系统的控制装置，以便执行根据本发明的方法。控制装置具有处理器装置，该处理器装置被设计成根据可以驱动高压喷射系统的高压泵的活塞的马达轴的旋转位置信号来切换或调节用于调节高压泵的入口阀的电磁体的电流强度。通过调节电流强度，首先致动电磁体，以关闭入口阀，并因此以所述方式引导递送的流体通过出口阀。通过关闭或阻断或终止线圈电流，入口阀随后根据阀弹簧的弹簧力和入口阀中的压力条件再次打开。
然而，控制装置也可以调节所述测量电流。为此，处理器装置被设计成在高压泵的活塞的上止点过冲期间和/或之后，在高压泵的递送阶段向电磁体施加线圈电流，该线圈电流构成测量电流。此外，控制装置被设计成检测开始时间，此时由于入口阀的打开移动的开始，线圈电流满足变化标准。然后，由处理器装置根据确定的开始时间来确定活塞处于上止点时的马达轴的止点旋转位置。
最后，本发明还包括一种包括根据本发明的控制装置的机动车辆。总体上，机动车辆被设计成执行根据本发明的方法的实施例。因此，机动车辆的高压喷射系统的高压泵的活塞因此通过马达轴被驱动，使得所述活塞在压缩室中的下止点和上止点之间循环地来回移动。
附图说明
下面描述本发明的示例性实施例。在这方面，在图中：
图1示出了根据本发明的机动车辆的实施例的示意图；
图2示出了用于图示来自图1的机动车辆的高压喷射系统的入口阀的阀位置序列的图；
图3示出了用于图示进入阶段和递送阶段的序列和高压泵的活塞的循环移动的图；
图4示出了来自图1的机动车辆的高压泵的示意图，此时所述高压泵的活塞正在移动远离上止点，并且入口阀的打开移动正在开始；和
图5示出了用于图示确定机动车辆的马达轴的止点旋转位置的方法的曲线图。
具体实施方式
下面解释的示例性实施例是本发明的优选实施例。在示例性实施例中，该实施例的所述部件各自代表本发明的单独特征，这些特征被认为是彼此独立的，并且各自也彼此独立地发展本发明，因此也可以被认为是本发明的部件，或者单独地或者以不同于所示的组合。此外，已经描述的本发明的进一步特征也可以添加到所描述的实施例中。
在附图中，功能相同的元件各自具有相同的附图标记。
图1示出了机动车辆10，其可以是例如汽车，诸如客车或卡车。机动车辆10可以具有内燃发动机11，内燃发动机11可以通过高压喷射系统13联接到燃料箱12，通过高压喷射系统13，包含在燃料箱12中的流体14，也就是说诸如柴油或汽油的燃料，可以被输送到内燃发动机11。为此，高压喷射系统13可以具有高压泵15，高压泵15包括入口阀16和用于控制入口阀16的电磁体18的控制装置17。控制装置17可以调节流过电磁体18的电线圈18’的线圈电流19。控制装置17可以根据描述或指示机动车辆10的马达轴21的旋转位置的旋转位置信号20来调节线圈电流19。马达轴21可以联接到例如内燃发动机11的曲轴。马达轴21也可以是曲轴本身。高压泵15的活塞22也由马达轴21驱动以执行活塞移动23。流体14通过活塞22在压缩室33中的活塞移动23从高压泵15的低压侧24输送到高压侧25。在该过程中，流体14流过入口阀16和出口阀26。
在该过程中，通过向电磁体18的线圈18’施加电流，入口阀16的销27借助于线圈电流19移动。在这种情况下，阀弹簧28抵消电磁体18的磁力，并以这种方式将销27推向打开位置，如图1所示。通过调节线圈电流19，克服了阀弹簧28的弹簧力，并且销27固定在其上的配件29逆着阀弹簧28的弹簧力移动，并且入口阀16以这种方式关闭。
图2示出了流体14是如何以这种方式被输送的。在进入阶段30中，入口阀打开，并且活塞22从上止点31(参见图1)朝向下止点32移动。流体14通过入口阀16流入压缩室33。
由于活塞移动23，活塞22在压缩室33中在上止点31和下止点32之间来回移动。
在随后的递送阶段34中，由于活塞移动23，活塞22从下止点32开始朝向上止点31(参见图1)移动。入口阀16仍然打开，且结果，活塞22将流体14从压缩室33通过入口阀16递送回(回流35)。根据预先指定的设定点压力p0，如果马达轴21的旋转位置信号20具有合适的值，则控制装置17向电磁体18施加电流。结果，电流被施加到电磁体18或者所述电磁体被接通，并且入口阀16被关闭。活塞22在上止点的方向上进一步移动，结果压缩该压缩室33中的流体14，直到压缩室33中的压力高到足以打开出口阀26并将流体14通过出口阀26递送到高压侧25(泵送过程36)。
图3根据由旋转位置信号20指示的马达轴21的旋转位置再次示出了该过程，其中这里假设对于马达轴21的每一整圈旋转，包括进入阶段30以及包括回流35和泵送过程36的递送阶段34的序列发生两次。
一旦活塞22已经到达上止点31，由于马达轴21的旋转移动，活塞22被移回到下止点32。然而，在该过程中，即使线圈电流19被切断，入口阀16也不会立即打开。这在图3中用阴影表示。
图4示出了销27如何保持在图4所示的闭合位置，即使在没有线圈电流19流动时。其原因是，即使在上止点31的过冲之后，低压37和阀弹簧28的弹簧力38一起也低于压缩室33中的压缩流体14的压力37’。活塞22首先必须到达上止点31和下止点32之间的预定中间位置39，使得压缩室33中的流体14膨胀到足够的程度，使得压缩室33中的压力产生足够低的压力37’，以借助于弹簧力38和低压37将销27从图4所示的关闭位置移向图1所示的打开位置。
图5示出了首先如何通过控制装置17能识别入口阀16(也就是所述入口阀的销27)的这个打开移动的开始，以及其次从这一点开始，如何可能反算当活塞22位于上止点31时产生的马达轴21的旋转位置信号20的值。
这里，图5示出了关于时间t，首先是流体流量f、旋转位置信号20和线圈电流19随时间的分布，旋转位置信号20可以由旋转位置发射器47产生，例如作为脉冲序列。在图5所示的示例中，假设没有回流35，而是通过调节线圈电流19的电流分布40在下止点32关闭入口阀。在电流分布40结束后，线圈电流19可以在切换间隔41中被切断。基于例如标准值或先前估计的止点旋转位置，具有测量分布42的线圈电流19可以由控制装置17再次接通，其中测量分布42产生的电流强度i低于用于关闭入口阀16的电流分布40的电流强度i。在上止点31已经被活塞22通过之后，线圈电流19的电流强度i的平均值43保持恒定或在预定的公差范围内，直到入口阀16的销27的打开移动的开始在开始时间44发生。在开始时间44，力平衡被均衡，如图4中所述。换句话说，当弹簧力38和低压37的液压力一起大于压缩室33中的液压力37’时，入口阀16在开始时间44打开。这发生在压缩室33中(即所述压缩室的自由死区容积（freedeadvolume）中)的压力由于在下止点32(中间位置39)方向上的活塞移动23而降低时。
销27和配件29的移动在电线圈18’中感应出附加的感应电流，该附加的感应电流导致有效值或平均值43的增加45。这种增加45的开始构成了变化标准。控制装置17可以通过比较连续时间点的平均值43来检测开始时间44。
考虑到流体14的当前弹性模量，有可能确定马达轴21的止点旋转位置46，在该位置活塞22处于上止点31，或者在下一个泵送循环中处于上止点。
下面描述从开始时间44反算止点旋转位置46的计算示例。
减小的测量分布42中的电流增加是入口阀的自然开启点(nop)。nop发生在阀的移动开始时。在此之前，入口阀保持关闭，因为防止入口阀打开的压力在压缩室33内占主导。只有当弹簧力和由低压侧上的压力产生的力变得大于压缩室中占主导的液压力时，阀才会移动。只有当压缩室中的压力由于在下止点方向上的活塞移动而降低时，才会发生这种情况：
(当阀关闭时的弹簧力+低压侧中的液压力)>(压缩室33中的液压力)=>入口阀16可以移动
最小压缩室压力=(当阀关闭时的弹簧力+低压侧上的液压力)/表面积。
例如，在怠速内燃发动机的情况下(初始压力：5巴；柴油)
(14.25n+(500000pa*1.6578415x10-5m2))/2.55x10-5m2=883882pa或0.88mpa
也就是说，只有当压缩室压力低于0.88mpa时，阀才能移动。
为了获得最低的压缩室压力，活塞必须在下止点方向上达到特定的冲程高度，也就是说，直到中间位置39。
为此目的所需的活塞冲程可以使用伯努利方程计算：
体积=(高压侧的当前高压-最小压缩室压力)/e模量*死区容积
例如，在马达怠速的情况下(高压：20mpa；燃料温度：40°c；柴油；泵马达比：1:1)：
(20000000pa-383882pa)/13555x105pa*0.10461ml=0.001475ml
最小活塞行程=行程体积比(可作为数值表或特征曲线提供)=3.28°曲轴(kw)
也就是说，由于活塞行程为3.28°kw，压缩室中的压力膨胀至“最小压缩室压力”。
因此，高压泵的上止点31然后可以通过以下公式计算：
上止点=nop位置(开始时间44)减去最小活塞行程(3.28°kw)
例如：当nop位置例如相对于内燃发动机11本身的上止点48为7°kw时(旋转位置信号20对于开始时间44具有7°kw的旋转位置值)，高压泵的上止点31在内燃发动机11的上止点之后给出：7°-3.28°=3.72°kw。
在所描述的方法中，特别是使用软件来实现识别高压泵的上止点31。这不仅是一种成本有效的解决方案，而且也比以前使用活塞22的位置传感器的解决方案更精确。
总体上，该示例示出了如何在高压喷射系统的高压泵中使用本发明来识别上止点。