专利名称：具有发生活塞移动的验证的用于控制喷射器的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有发生活塞移动的验证的用于控制喷射器的方法。
本发明有益的应用于控制直接汽油喷射系统中的喷射器，下面的说明将进行清楚的描述而不限定它的全面范围。
背景技术：
装备有直接燃料喷射的汽油引擎近来被引入市场，它们是由合适的喷射器将汽油直接喷入气缸的引擎，每一喷射器都被布置在各个气缸的顶部并且由中央控制单元进行电流驱动。通常，中央控制单元能够使得时变电流波流过喷射器驱动电路，所述波意在产生电磁力，以相对意在将活塞保持在闭合位置的弹簧动作将喷射器活塞从闭合位置移动到打开位置。
通常，中央控制单元也实施诊断功能，设计该功能以验证多种引擎元件的正确工作，以通知驾驶者需要维护或使用关于任意错误或故障的特定控制策略。在现有控制单元中提供的多种诊断功能通常包括验证发生了每一喷射器的活塞的移动；换句话说，对于每一喷射器检查在每一喷射命令之后喷射器活塞实际上打开还是关闭。当前，通过软件验证策略的方式执行每一喷射器活塞的发生移动的验证，其在本质上是可推断的，并且在相对长的时间周期之后在引擎系统上执行；但是，这个验证策略很慢，并且某种程度上不准确，并且必须使用可观的计算资源。
在现有中央控制单元中，也可以为每一喷射器测量驱动电路的电阻以验证驱动电路为开路、短路或驱动电路是否具有向着车辆电池的正极或负极短路的端子；但是，即使相关联的驱动电路没有显示出明显的缺陷喷射器的活塞也可能堵塞，且这个验证方法因此不能验证所有可能的喷射器故障。另外，燃料喷射压力的逐渐增加伴随着控制电流的增加，并且因此喷射器驱动电路的电阻减少；因此以足够区分短路情况和可接受的工作情况的精确度测量驱动电路的电阻的困难和复杂性增加。
最后，提议使用附着到喷射器的合适的专用传感器(加速计，压力或位置)以监控活塞的正确移动；但是，因为购买和安装传感器的成本，这个解决方案极其昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有发生活塞移动的验证的用于控制喷射器的方法，所述方法不显示出任意上述的缺点，且另外易于实现，成本低。
本发明提供了一种具有发生活塞移动的验证的用于控制喷射器的方法；该方法将时变电压施加到喷射器的驱动电路的端子，以使得电流波流过所述驱动电路；该方法的特征在于，一旦通过驱动电路的电流在喷射阶段的末尾消失则检测在驱动电路的端子之间的验证电压，测量其间验证电压大于第一预定阈值的验证时间，并且如果验证时间小于第二预定阈值则诊断为没有活塞移动。
下面将参考附图详细描述本发明，其示出了本发明的一些非限定性实例，其中图1是本发明的主体的控制设备的概略图；图2是图1的控制设备的致动电路的概略图；图3示出了图2的电路的多种特征电气参数的时序图；并且图4是如图2所示的致动电路的变型的概略图。
具体实施例方式
在图1中，1指示用于控制内燃机3(概略的示出)的已知类型的四个喷射器2(在图1中以名称“喷射器1”、“喷射器2”、“喷射器3”、“喷射器4”指示)的总体设备，该内燃机3装备有直线排列的四个气缸(没有示出)。以这样一种方式布置每一喷射器2对应于引擎3的各自的气缸(没有示出)的顶部，即，将预定量的汽油直接喷入所述气缸。
每一喷射器2是已知类型并且包括控制喷入的汽油的流动的阀门(没有详细示出)，并且向其提供可以在关闭位置和打开位置之间移动的活塞；具体地说，向喷射器2提供电磁致动器(没有详细示出)，其由驱动电路致动并且能够相对于意在将活塞保持在关闭位置的弹簧(没有示出)的动作将活塞从关闭位置移动到打开位置。
如图2所示，每一喷射器2由电流驱动，并且向其提供用于各个电磁致动器的驱动电路4，该电路包括一对端子5和6；为了致动喷射器2，需要使得预定强度的电流流过各个驱动电路4。由每一喷射器2在它的打开阶段喷射的汽油的流速基本恒定并且因此由喷射器2喷入各个气缸(没有示出)的汽油的量和所述喷射器2的打开时间成正比。
控制设备1由引擎3的电池7供电并且包括控制单元8，向控制单元8提供控制器9、由电池7供电的转换器10、诊断单元11和功率级12。
控制器9和引擎3的控制单元13(通常是微处理器)互相作用，以对于每一喷射器2和对于每一引擎周期从所述控制单元13接收打开时间Tinj的期望值(和被喷入的汽油的量的期望值成正比)和喷射开始时间。基于从控制单元13接收的数据，控制器9驱动功率级12，其通过将电压Vinj(时变的)加在相应端子5和6的两端，来使预定(时变的)电流linj通过各个驱动电路4，从而致动每一喷射器2。
功率级12从控制器9接收驱动信号并且要么由具有12伏额定电压Vbatt的电池7直接供电或由具有68伏的额定电压Vtank(并且通常在50和90伏之间)的转换器10供电。转换器10是已知类型的DC/DC转换器，其能够将电池7的电压Vbatt升高到68伏的电压Vtank。
诊断单元11能够和控制器9，或和功率级12以这样一种方式互相作用，即，以下面描述的方式验证喷射器2的合适的致动。
如图2所示，功率级12对于每一喷射器2包括和各个驱动电路4的端子5和6连接的各个控制电路14，并且由控制器9驱动，以使得预定电流linj流过所述驱动电路4。
每一控制电路14包括由控制器9驱动的晶体管15，并且能够将各个驱动电路4的端子5与中间端子16连接，该中间端子16通过非返回式二极管17连接到电池7的电压Vbatt，并且通过由控制器9驱动的晶体管18连接到转换器10的电压Vtank。每一控制电路14另外包括由控制器9驱动的晶体管并且能够将各个驱动电路4的电阻6与共同地20连接，并且两个再循环二极管21和22分别连接在端子5和地20之间以及端子6和中间端子16之间。根据如图2所示的优选实施例，晶体管15、18和19是“MOS”类型。
将分流电阻23插入晶体管19和地20之间，向所述晶体管提供测量端子24；通过测量在电阻23两端的电压(也就是，在测量端子24和地20之间存在的电压)，可以测量当晶体管19导通时电流linj的强度。根据另一没有示出的实施例，分流电阻23直接连接到端子5，以连续测量电流linj的强度。
如图2和3所示，将特别参考流过各个驱动电路4的端子5和6的电流linj的时序和跨接在所述端子5和6两端的电压Vinj描述喷射器2的喷射阶段。
开始，晶体管15、18和19都被去活，隔离驱动电路4，电流linj具有零值并且喷射器关闭。
为开始喷射阶段，使得晶体管15、18和19同时导通，端子5经晶体管15和18连接到电压Vtank，因此端子6经晶体管19连接到地20并且电压Vinj等于Vtank。在这些条件下，在时间T1电流linj快速增加到峰值lp并且喷射器2开始活塞移动阶段。
当电流linj到达值lp时，电流控制(其使用利用电阻23执行的电流linj的测量值)通过作用于周期性地在导通状态和去活状态之间切换的晶体管19的驱动，将电流linj在以平均值lpm为中心的幅度范围Δlp中保持时间T2。在晶体管19的导通状态期间，端子5经晶体管15和18连接到电压Vtank，端子6经晶体管19连接到地20，电压Vinj等于Vtank并且linj的值增加；然而在晶体管19的去活状态期间，再循环二极管22开始导通并且经晶体管15短路端子5和6，电压Vinj基本为零并且linj的值增加。因为测量电阻23被布置在晶体管19的下游，所以仅在晶体管19导通时测量电流linj的强度；但是，驱动电路4的时间常数已知并且因此控制器9能够计算何时电流linj到达下限(lpm-Δlp/2)并且必须使得晶体管19再次导通。
在电流linj基本保持在值lp时间T2之后，控制器9使得晶体管15到19连续导通并且去活晶体管18，因此端子5经晶体管15和二极管17连接到电压Vbatt，端子6经晶体管19连接到地20，并且电压Vinj等于Vbatt。在这些条件下，电流linj在预定时间T3缓慢下降到值lpF；在这时控制器9同时去活所有三个晶体管15、18和19并且，作为结果，电流linj不能瞬时消失，再循环二极管21和晶体管18相反的开始导通，因此端子5和地20经再循环二极管21连接，端子6和电压Vtank经再循环二极管22和晶体管18连接，电压Vinj等于-Vtank并且电流linj快速减小。
应该注意作为MOS结的特征结果，晶体管18相反的开始导通，该MOS结具有和所述结并联布置的寄生二极管并且能够关于结反向偏置。
在基本足以消除电流linj的时间T4之后，控制器9将电流linj的值基本调整到值lm并且保持，使得晶体管15继续导通并且作用于周期性地在导通状态和去活状态之间切换的晶体管19的驱动。在这个形势下，根据上述方法，驱动晶体管19以将电流linj在以lm为中心的幅度范围Δlm中保持时间T5。在时间T5的末尾，根据上述方法，所有晶体管15、18和19被去活并且电流linj快速下降到零。
一旦电流linj下降到零，并且在预定时间保持在零值，喷射器2关闭并且停止喷射汽油。如图3清楚地示出的，时间T1、T2、T3、T4和T5的总和等于总的喷射时间Tinj，也就是，等于喷射器2保持打开的总的时间。
诊断单元11能够对每一喷射器2验证在提供电流波linj到相关联的驱动电路4之后发生的相应的活塞移动。为了验证发生了喷射器2的活塞移动，诊断单元11使用相应驱动电路4的端子6(也就是，没有提供的驱动电路4的端子6)的电压Vv。诊断单元11检测端子6的电压Vv保持在预定阈值SVv之上的时间Tv的持续时间，从电流linj消失的时刻开始直到喷射阶段的终止；如果时间Tv小于各个预定阈值STv，诊断单元11报告活塞没有移动。很明显，为了避免错误的故障信号，对于诊断单元11优选地仅当相应测量时间Tv低于阈值STv处的频率大于最小值时才报告活塞没有移动；换句话说，在喷射器的实际故障的情况中，连续检测到的大量时间Tv小于阈值STv，而其中单一时间Tv小于阈值STv的单独的情况可以合适地用于测量所述时间Tv的偶然误差。
上述时间Tv的测量是基于当电流linj足够快的下降到零时(其通常是在利用等于-Vtank的高反向电压令电流linj等于零的现代喷射器2的情况中)，喷射器2的电磁致动器的电磁电路仍然保持磁化并且因此在磁场中的弹簧的效果仍然存在的情况下活塞返回到关闭位置的位移产生在驱动电路4的端子5和6之间的反电动力；这个反电动力可以在驱动电路4的端子5和6之间测量并且清楚指示活塞实际上移动了。换句话说，如果一旦通过驱动电路4的电流linj下降到零，电压Vv(也就是，反电动力)仍然在驱动电路4的端子5和6之间存在时间Tv，那么活塞仍然移动并因此在喷射阶段期间实际上检测到活塞的移动；另一方面，如果一旦通过驱动电路4的电流linj下降到零，在驱动电路4的端子5和6之间没有电压Vv(也就是，反电动力)，那么在喷射阶段期间活塞不移动。
如上所述，如果电流linj足够快的下降到零则应用上述解释，但是这往往是其中利用等于-Vtank的高反向电压令电流linj为零的现代喷射器2的情况；特别地，在通常使用的喷射器2的类型中，电流linj在几十微秒中下降到零，而活塞的机械关闭时间及因此电压Tv的持续时间为更高的数量级(几百微秒)。
根据如图4所示的另一实施例，控制电路14能够使用两个晶体管19(在图4中指示19a和19b并且分别和喷射器1和喷射器4相关联)驱动两个喷射器2(例如，如图4所示，喷射器1和喷射器4)，每一晶体管19将各自的端子6连接到地20。以这种方式，可以使用较小数量的元件，因为每一控制电路14的晶体管15和18由两个不同喷射器2的驱动电路4共享。图4中控制电路14的工作和上述图2的控制电路14的工作完全相同；很明显，将驱动晶体管19a以打开喷射器1，而且将驱动晶体管19b打开喷射器4。
在喷射器(例如喷射器1)的主要喷射阶段期间，如图4所示的控制电路14还使得可以执行其它喷射器(喷射器4)的次级喷射，通过使得各个晶体管19(对于喷射器4的晶体管19b)导通而简单地执行所述次级喷射。根据其它实施例，可以通过保持晶体管18恒定为去活或通过使得晶体管18导通而执行次级喷射；在两个解决方案之间的差别在于以下事实在一个情况中(晶体管18恒定去活)，次级喷射的电流波linj具有比由等于Vbatt的电压Vinj产生的脉冲更温和的脉冲(并且因此打开较慢且较为不精确)，并且在另一情况中(最初使得晶体管18导通)，次级喷射的电流波linj具有比由等于Vtank的电压Vinj产生的脉冲更加陡的脉冲。
用于验证发生了喷射器2的活塞移动的上述方法显示出多种优点它使得可以以极其快速和精确的方式识别对各个喷射器2的每个单一致动发生活塞的移动，它要么由电池提供的电压Vbatt影响，要么由环境温度影响，可以根据引擎1的特定需要(汽油喷射压力，喷射器2的结构特性，机械设计策略等)进行校准，并且最终因为它相比那些通常为控制喷射器2提供的不需要另外的电路或硬件元件而简单并经济地实现。
因为用于验证发生了喷射器2的活塞移动的上述方法的多个优点，所述方法很明显可以用于能够喷射任意种类的燃料，比如汽油，柴油燃料，酒精，甲烷，LPG等的喷射器。
权利要求
1.具有发生活塞移动的验证的用于控制喷射器(2)的方法；该方法将时变电压(Vinj)施加到喷射器(2)的驱动电路(4)的端子(5，6)，以使得电流波(linj)流过所述驱动电路(4)；该方法的特征在于，一旦通过驱动电路(4)的电流(linj)在喷射阶段的末尾消失则检测在驱动电路(4)的端子(5，6)之间的验证电压(Vv)，测量其间验证电压(Vv)大于第一预定阈值(SVv)的验证时间(Tv)，并且如果验证时间(Tv)小于第二预定阈值(STv)则诊断为没有活塞移动。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该验证电压(Vv)是在驱动电路(4)的端子(6)和电气地(20)之间检测的。
3.如权利要求2所述的方法，其中，驱动电路(4)的第一端子(5)选择性地连接到电源电压，而驱动电路(4)的第二端子(6)选择性地连接到电气地；该验证电压(Vv)是在驱动电路(4)的端子(6)和电气地(20)之间检测的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，该时变电流波(linj)包括展示出相对高的电流(linj)强度的初始脉冲段(T1、T2、T3)，其间电流(linj)强度快速下降到基本为零的中间段(T4)，以及展示出相对低的电流(linj)强度的随后最终段(T5)。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在初始段(T1、T2、T3)期间，喷射器(2)驱动电路(4)是利用第一电压(Vtank)控制的并且，在最终段(T5)期间，喷射器(2)驱动电路(4)是利用等于电池电压且小于第一电压(Vtank)的第二电压(Vbatt)控制的。
6.如权利要求1所述的方法，其中，该时变的电压(Vinj)被由致动电路(14)施加到喷射器(2)的驱动电路(4)的端子(5，6)，该致动电路(14)包括用于将驱动电路(4)的第一端子(5)连接到电压产生器(7；10)的第一晶体管装置(15，18)、用于将驱动电路(4)的第二端子(6)连接到电压产生器(7；10)的地(20)的第二晶体管装置(19)、以及使得驱动电路(4)的电感能够放电的再循环二极管(21；22)。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该第一晶体管装置(15)包括用于选择性地将第一端子(5)连接到第一和第二电压产生器(7，10)的一对晶体管(15，18)。
8.如权利要求7所述的方法，其中，该第一再循环二极管(21)将第一端子(5)连接到电气地(20)，并且第二再循环二极管(22)将第二端子(6)连接到所述电压产生器(7，10)。
全文摘要
一种具有发生活塞移动的验证的用于控制喷射器(2)的方法；该方法将时变电压(Vinj)施加到喷射器(2)的驱动电路(4)的端子(5，6)，以使得电流波(linj)流过所述驱动电路(4)；一旦通过驱动电路(4)的电流(linj)在喷射阶段的末尾消失则检测在驱动电路(4)的端子(5，6)之间的验证电压(Vv)，测量其间验证电压(Vv)大于第一预定阈值(SVv)的验证时间(Tv)，并且如果验证时间(Tv)小于第二预定阈值(STv)则诊断为没有活塞移动。
文档编号F02D41/20GK1626785SQ20041008488
公开日2005年6月15日 申请日期2004年11月1日 优先权日2003年10月31日
发明者米凯莱·卡尼奥尼, 福斯托·卡尔卡尼奥 申请人:玛涅蒂玛瑞利动力系公开有限公司