用于确定燃料喷射器的打开延迟持续时间的方法与流程

本发明涉及一种用于确定燃料喷射器的打开延迟持续时间的方法以及用于实施所述方法的计算单元和计算机程序。

背景技术：

用于内燃机的喷射系统将燃料由油箱一直输送到内燃机的燃烧室中。这样的喷射系统一般来说在油箱中开始包括一低压系统，该低压系统具有低压泵、燃料过滤器和管路，后面跟随着一高压系统，该高压系统具有高压泵、燃料管路、分配器条和喷射阀或者燃料喷射器，所述燃料喷射器在时间上和空间上按需求将燃料输送给所述内燃机的燃烧室。

在现代的、受时间控制的喷射系统中，控制器承担对喷射函数的计算并且承担对燃料喷射器及其他用于调节所述系统和内燃机的调整机构的操控。

为了例如打开直喷系统的磁体-高压喷射阀，对磁体进行操控或者向其通电，所述磁体的磁力对抗闭锁弹簧和有效的燃料压力使针阀从其座中运动出来，以用于打开喷射截面。为了将电流需求保持尽可能低，能够将具有所谓的衔铁自由行程（ankerfreiweg）的磁体衔铁（magnetanker）固定在所述针阀上。如果进行通电，那么所述磁体衔铁就首先加速并且随后在较小的升程之后撞到所述针阀上。在提升所述针阀的时刻，由此除了所述磁力之外也还有机械的脉冲起作用。由此能够将最大必要的磁力设计得更低并且降低电流需求。

针动力（nadeldynamik）的影响在此例如能够通过一种机电一体化的方案、像例如所谓的控制阀操作来降低。在进行控制阀操作时，在调节的意义上例如在超过机动车的使用寿命的情况下对所述燃料喷射器的操控时间或者操控持续时间进行调整。在此，在操控过程中并且/或者在操控之后检测信号，并且从这些信号中获取所述针阀的打开和关闭时刻以及打开持续时间。由此能够计算出每个喷射器的实际的打开持续时间并且必要时其进行重调。在de102009002593a1中说明了一种这样的方法，该方法用于将阀的实际打开持续时间调节到额定打开持续时间上。

例如从de102008054877a1中公开了一种如何在电磁的执行器、像例如具有磁体线圈的磁体衔铁的情况下能够确定位置和/或速度的可行方案。

技术实现要素：

按照本发明，建议了具有独立权利要求所述的特征的、用于确定燃料喷射器的打开延迟持续时间的方法以及用于实施所述方法的计算单元和计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求及以下说明书的主题。

按照本发明的方法用于确定燃料喷射器的打开延迟持续时间，在该燃料喷射器中能够通过对于磁体线圈的操控借助于尤其具有衔铁自由行程的磁体衔铁来打开针阀。在此使用一种数学模型，该数学模型具有所述磁体线圈的操控持续时间作为输入参量并且具有所属的打开延迟持续时间作为输出参量。

所述操控延迟持续时间的使用在此能够特别容易并且快速地确定所述打开延迟持续时间，因为如所发现了的那样对于具有磁体线圈、也就是磁阀的燃料喷射器来说所述操控持续时间对打开延迟持续时间有着直接的影响。通过合适的数学模型由此能够非常容易地确定所述打开延迟持续时间，所述操控持续时间输入到所述数学模型中。

有利地借助于燃料喷射器来实施燃料喷射，方法是：在考虑到所述磁体线圈的操控持续时间、打开延迟持续时间和关闭延迟持续时间的情况下获取所述燃料喷射器的、对于有待借助于所述燃料喷射器来加入的燃料量而言必要的打开持续时间，其中在考虑到所述数学模型的情况下获取所述打开延迟持续时间。如开篇已经提到的那样，能够通过所描述的方式来提供必要的燃料量。通过所述数学模型的使用，这一点现在能够更加精确地进行，由此也改进了排放值。

优选地使所述数学模型与燃料喷射器相匹配，应该在该燃料喷射器中使用所述数学模型。在此，针对所述磁体线圈的至少一个操控持续时间分别获取一个所属的打开延迟持续时间并且/或者分别获取所述磁体线圈中的所属的电流和/或电压曲线。这一点是可能的，因为所述磁体衔铁的运动以及由此也到达所述针阀上的止挡部处通过所述磁体线圈的电感的变化引起表示出特征的电流或电压曲线。如此对所述数学模型进行调整，使得根据所述数学模型从至少一个操控持续时间中产生所属的打开延迟持续时间或者所属的电流和/或电压曲线。这一点能够有利地进行，方法是：针对相应的燃料喷射器对所述数学模型或者模型方程式（函数）的参数进行调整。将系统的、形式为函数的正式的数学模型称为模型方程式。

这种模型调整在此例如能够在最小的操控持续时间内来进行，在所述最小的操控持续时间内所述针阀刚好还打开。作为替代方案或者补充方案，也能够在还要更小的操控持续时间的情况下来使用来自所述燃料喷射器的行为的信息，所述还要更小的操控持续时间例如从所述磁体线圈的电流或电压曲线中获取。通过这种方式，能够非常容易地使针对例如特定类型的燃料喷射器所获取的数学模型与后来在内燃机中所使用的这种类型的燃料喷射器相匹配或者相适应。操控持续时间与打开延迟时间之间的一般的相互关系仅仅取决于所述燃料喷射器的一般的构造，而具体的偏差则可能由于某些制造公差或者老化现象而产生，所述数学模型而后如所提到的那样能够容易地与所述具体的偏差相匹配。例如也能够以变化的燃料粘度或者变化的其他的、对所述磁体衔铁的运动行为产生影响的因数来进行调整。

有利地为了获取所述最小的操控持续时间而逐步地从一操控持续时间——在该操控持续时间的情况下所述针阀没有打开——开始增大所述操控持续时间。而后能够以所述操控持续时间——在该操控持续时间的情况下所述针阀而后首次打开、尽管仅仅最小程度地打开——也就是最小的操控持续时间对所述数学模型进行调整。“这样的调整”例如能够是指校正因数或者偏移量（offset）的使用。

此外，作为替代方案或者补充方案，优选的是，使所述数学模型与所述燃料喷射器——对于该燃料喷射器而言应该使用所述数学模型——相匹配，方法是：在所述针阀的升程最大时在考虑到所属的燃料分配系统、例如高压储存器的压力曲线的情况下获取一个或者多个打开延迟持续时间。所述针阀的最大的升程或者全升程在此表示所述针阀在打开的状态中的位置，在所述打开的状态中燃料流量可能最大。虽然在所提到的冲击的（ballistisch）运行中一般来说没有达到或者仅仅短时间地达到所述位置，但是该位置——在其他的操控过程中也能够较长时间地靠近（anliegen）该位置——特别能够用于对所述数学模型进行调整。例如所述打开延迟持续时间能够从操控开始与所述燃料分配中的所观察到的压力降之间的时差中来确定，并且由此实现对于所述数学模型的调准。

有利地获取所述数学模型，方法是：针对所述磁体线圈的不同的操控持续时间分别获取一所属的打开延迟持续时间，并且而后将所述磁体线圈的操控持续时间与所属的打开延迟持续时间之间的相互关系用作数学模型或者用作确定规范。

所述打开延迟持续时间在此表示在所述燃料喷射器或其磁体线圈的操控（或者通电）的开始与所述针阀的实际打开、也就是用于燃料的流量开口的释放之间的时间偏移（zeitversatz）。这种时间偏移从所述持续时间中产生，直到在所述磁体线圈的操控或者通电开始之后形成磁力为止，以用于将所述磁体衔铁置于运动之中。此外，所述磁体衔铁也需要一定的时间，以用于从其静止位置出来而通过所述衔铁自由行程并且碰撞在所述针阀或构造在该针阀上的止挡部处，以用于打开所述针阀。

通过所述磁场形成的惯性和参与的组件的惯性，尤其在总体上较短的操控持续时间的情况下产生所述磁体衔铁的、取决于操控持续时间的不同的加速度。因为所述燃料喷射器的打开持续时间从所述操控持续时间中产生，方法是：关闭延迟持续时间相加并且减去所述打开延迟持续时间，所以所述打开延迟持续时间主要有助于所述打开持续时间。所述关闭延迟持续时间在此表明一时间偏移，直到所述针阀在所述磁体线圈的操控终止之后实际上关闭为止。

通过这种方式所获取的数学模型现在基于所述燃料喷射器的物理特性，并且能够例如在开篇所提到的控制阀操作的范围内容易地并且尤其非常精确地获取或者计算所述打开持续时间，因为已经能够提前考虑到属于特定的操控持续时间的打开延迟持续时间。所述相互关系在此例如能够在多次测量的范围内来获取。本来就预先给定了所述操控持续时间，在该操控持续时间期间操控所述磁体线圈，而所述打开延迟持续时间则相当于所述操控的开始与所述磁体衔铁到达所述针阀的止挡部或者所述针阀的打开之间的时差。所述针阀的打开例如能够通过所属的高压储存器中的压力降来确定。

刚好在有待输出的燃料量很小时产生特殊的优点，因为在那里一方面所述燃料喷射器的很短的打开持续时间是必要的，对于所述燃料喷射器的很短的打开持续时间来说，所述打开延迟持续时间内的误差或者不精确度有很大的影响，并且另一方面在打开持续时间很短时也出现所谓的冲击的运行，对于所述冲击的运行来说所述打开延迟持续时间十分强烈地取决于所述操控时间，因为所述针阀仅仅较短地被提升且没有到达所述止挡部处，而是在提升之后又落回到所述座中。

优选从所述磁体线圈的操控持续时间与所属的打开延迟持续时间之间的相互关系中获取或者推导出尤其能够参数化的函数并且将其作为数学模型加以保存，所述函数指明了取决于所述磁体线圈的操控持续时间的打开延迟持续时间。所述函数在此有利地从用于多个结构相同的燃料喷射器的相应的相互关系中获取。通过这种方式，所述数学模型更加精确，所述数学模型而后能够用于特定的燃料喷射器。在使用这样的函数时，而后能够很快地并且容易地针对至少在一定的范围内任意的操控持续时间获取所属的打开延迟持续时间。

有利地，所述函数被用作一条或者多条组合特性曲线并且/或者将一条或者多条特性曲线用作数学模型。有利地为此借助于所述一条或者多条组合特性曲线和/或所述一条或者多条特性曲线来对所述函数进行近似计算。在没有使用所述函数的情况下，例如能够将特定的、经常所需要的操控持续时间和所属的打开延迟持续时间成对地保存在组合特性曲线或者特性曲线中。组合特性曲线或者特性曲线而后也可以非常容易地例如保存在有执行权的计算单元、例如控制器中，从而在获取打开持续时间时能够很快并且容易地调用所需要的数值。

优选在所述数学模型中借助于所述操控持续时间与压力的依赖关系来考虑所述打开延迟持续时间与压力的依赖关系，以该压力来提供用于所述燃料喷射器的燃料。所述压力例如是存在于高压储存器中的压力，通过所述高压储存器来向所述燃料喷射器供给燃料。打开延迟持续时间与操控持续时间之间的相互关系本身不取决于所述压力，因为所述磁体衔铁得到了压力平衡，也就是说从两个处于运动方向中的侧面加载相同的压力。所述压力由此没有对就所述打开延迟持续时间而言相关的、所述磁体衔铁从其静止位置直至止挡在所述针阀处的运动产生影响。但是，在更高的压力的情况下，为了打开所述针阀、也就是说在所述磁体衔铁到达所述止挡部之后必要的力更高。为此需要更长的操控持续时间，但是这也又对所述打开延迟持续时间产生影响。由此所述压力至少间接地并且微不足道对所述打开延迟时间产生影响。通过对于所述压力的考虑，因而能够提高所述数学模型的精度。

机动车的按照本发明的计算单元、例如控制器、尤其是马达控制器尤其在程序技术上被设立用于实施按照本发明的方法。

将所述方法实施为计算机程序的形式也是有利的，因为这引起的成本特别小，尤其如果有执行权的控制器还用于其他的任务并且因此本来就存在。用于提供所述计算机程序的合适的数据载体尤其是磁性的、光学的和电的存储器，像例如硬盘、闪存、eeprom、dvd以及其他等等。也可以通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。

本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中产生。

附图说明

借助于一种实施例在附图中示意性地示出本发明并且在下面参照附图对其进行描述。

图1a至1f示意性地分别示出了具有磁阀和衔铁自由行程的燃料喷射器的一个截取部分在运行中处于不同位置中的情况，借助于所述具有磁阀和衔铁自由行程的燃料喷射器能够实施优选的实施方式中的、按照本发明的方法；

图2示出了在图1a至1f中所示出的、具有磁阀和衔铁自由行程的燃料喷射器的情况下的磁体衔铁升程及针阀升程的曲线；

图3示出了在具有磁阀和衔铁自由行程的燃料喷射器的情况下在实施按照本发明的方法时的不同的磁体衔铁升程曲线；

图4示出了打开延迟持续时间与操控持续时间之间的、如能够利用按照本发明的方法获取的那样的相互关系。

具体实施方式

在图1a中示意性地示出了燃料喷射器100的截取部分。针阀110被设置用于：在静止状态中封闭所述燃料喷射器100，从而使得没有燃料从所述燃料喷射器100到达内燃机中。为此，所述针阀110封闭阀座170，方法是：借助于闭锁弹簧150向所述针阀110加载力。

对于典型的燃料喷射器100来说，通过相应的结构形式燃料的燃料压力也额外地沿着所述闭锁弹簧150的弹力的方向起作用，所述燃料处于所述燃料喷射器100中并且尤其也处于所述针阀110的上侧面处。

此外，设置了磁体线圈140和磁体衔铁130。所述磁体线圈140位置固定地布置在所述燃料喷射器100中，而所述磁体衔铁130则能够沿着所述针阀110的纵向方向运动。为此，在所述磁体衔铁130中例如设置有一孔，该孔的直径比所述针阀110的直径稍大。对于所述燃料喷射器100的操控以及由此对于所述磁体线圈140的操控能够通过计算单元190、例如马达控制器来进行。

在静止状态中，所述磁体衔铁130处于固定地与所述针阀相连接的止挡套筒160上。一旦给所述磁体线圈140通电或者对其进行操控，所述磁体衔铁130就如借助于图1a中的箭头所勾画出的那样通过磁力从其静止位置朝所述磁体线圈140的方向运动。所述磁体衔铁130由此首先通过所谓的衔铁自由行程。

在所述针阀110上构造了止挡部120。所述止挡部120在此例如能够与所述针阀110集成地构成或者构造为与所述针阀110固定地连接的安装件。所述止挡部120的直径在此大于所述磁体衔铁130中的孔的直径。在所述磁体衔铁130的静止位置中，在此在所述磁体衔铁130的上边缘与所述止挡部120的下边缘之间设置了缝隙、已经提到的所谓的衔铁自由行程。

一旦如在图1b中可看出的那样在对所述磁体线圈140进行操控的过程中所述磁体衔铁130到达所述止挡部120处，所述针阀110就与所述磁体衔铁130一起克服所述闭锁弹簧150的力朝打开方向运动。这一点通过所述针阀110处的额外的箭头来勾画出来。

如果所述磁体衔铁130到达所述磁体线圈140（或者将所述磁体线圈140包围的壳体或者其他止挡部）处，所述磁体衔铁140就不继续运动，而如在图1c中所示出的那样所述针阀110还稍微继续向上运动。

随后，如在图1d中可看出的那样所述针阀110在较短的运动之后朝关闭方向以所述止挡部120碰到所述磁体衔铁130上。在终止对于所述磁体线圈140的操控之后，所述磁体衔铁130由于现在缺少磁力而朝关闭方向运动。同样，所述针阀110朝关闭方向运动。

最后，如在图1e中可看出的那样，所述针阀110到达所述阀座170处并且将其封闭。所述磁体衔铁130如通过箭头所勾画出的那样朝所述止挡套筒160的方向通过所述衔铁自由行程。随后，所述磁体衔铁130平放在所述止挡套筒160上并且如在图1f中可看出的那样再次处于静止位置中。在此可能的是，所述磁体衔铁130在所述止挡套筒160上振动一次或者多次并且在此以液压的方式得以减振。

在图2中示意性地关于时间t示出了在常见的喷射过程中伴随着通过在图1a至1f中所示出的位置磁体衔铁升程hm和针阀升程hv的曲线。为此，用附图标记a至f示出了时段，相应的、在图1a至1e中示出的位置分别处于所述时段中。

在给所述磁体线圈140通电或者对其进行操控的开始，所述磁体衔铁130从所述静止位置hm,0朝止挡部120的方向运动。在通过所述衔铁自由行程之后，所述磁体衔铁130自所述针阀的止挡部的静止位置hv,0起在其向前运动中带动所述针阀110，这引起所述针阀110的打开并且由此引起喷射过程。

在所述时段b终止时，所述磁体衔铁130到达所述磁体线圈140处并且由此达到最大升程hp。而所述针阀110则还稍微继续运动并且回落。在所述时段c终止时，所述针阀110到达所述磁体衔铁130处并且平放在该磁体衔铁上。

在所述时段d终止时，然后终止对于所述磁体线圈140的操控并且由此终止所述操控持续时间δta。在粘附于所述磁体线圈140上的短暂时间之后，所述磁体衔铁130开始朝关闭方向运动并且与该磁体衔铁一起所述针阀开始朝关闭方向运动。在所述时段e终止时，所述针阀110到达所述阀座处，而所述磁体衔铁还在振动。

在图3中在像例如在图1a至1f中示出的那样的、具有磁阀和衔铁自由行程的燃料喷射器的情况下关于时间t示出了在实施优选的实施方式中的、按照本发明的方法时不同的磁体衔铁升程曲线hm,1至hm,7。

所述磁体衔铁升程曲线hm,1至hm,7在此相应于操控持续时间，所述操控持续时间在符号1处开始越来越大地增大直至符号7。对于所有的磁体衔铁升程曲线来说，在此共同点是，只有在一定的持续时间之后，在此为自时刻t0起，所述磁体衔铁开始提升。此前所述磁体衔铁通过液压力停留在其静止位置（所谓的“衔铁粘附”）中。

在所述磁体衔铁升程曲线hm,1和hm,2中能够看到，虽然所述磁体衔铁到达所述针阀的止挡部、也就是所述针阀的止挡部的静止位置hv0处，但是所述针阀还没有被提升。

仅仅随着所述磁体衔铁升程曲线hm,3或者基础的操控持续时间才打开所述针阀。在时刻t1所述针阀打开，该时刻就这样确定属于操控持续时间的打开延迟持续时间δt0，所述操控持续时间属于所述磁体衔铁升程曲线hm,3。随着更高的操控持续时间产生更高的磁力和更短的打开延迟持续时间。

此外能够看到，随着所述磁体衔铁升程曲线hm,6或者所属的操控持续时间达到最小的打开延迟持续时间，所述最小的打开延迟持续时间持续直至时刻t2。对于所述磁体衔铁升程曲线hm,7来说已经不再产生较短的打开延迟持续时间，尽管在这里已经达到所谓的全升程、也就是所述针阀的最大化的打开。

图4示出了在打开延迟持续时间δt0与操控持续时间δta之间的、如利用优选的实施方式中的按照本发明的方法能够获取的那样的相互关系。

按照在图3中示出的磁体衔铁升程曲线或者其所属的操控持续时间，例如能够针对不同的操控持续时间（相应于不同的磁体衔铁升程曲线）相应地获取所属的打开延迟持续时间。在此，例如能够涉及通过所述磁体衔铁升程曲线hm,3到hm,2所示出的操控持续时间。

从中产生在打开延迟持续时间δt0与操控持续时间δta之间的、如在此借助于线条或者函数f所表明的那样的相互关系。尤其在此示出了属于按照图3的时间t1的操控持续时间δta,1连同打开延迟持续时间以及属于按照图3的时间t2的操控持续时间δta,2连同打开延迟持续时间。前者相应于所述针阀的首次打开，而后者则表明最小出现的打开延迟持续时间。所述函数f在此能够从各个测量点中例如通过合适的内插法来获取。

通过这种方式获取的函数f现在能够如开篇所描述的那样用作数学模型，该数学模型用于获取燃料喷射器的打开持续时间。

现在能够使这种如此获取的数学模型个性化地与特定的燃料喷射器相匹配。为此，例如能够按照在图3中示出的磁体衔铁升程曲线hm,1至hm,3针对特定的燃料喷射器获取最小的操控持续时间，在该最小的操控持续时间的情况下所述针阀打开。