用于求取表征燃料喷射器的流量率的变量的方法与流程

1.本发明涉及一种用于在内燃机运行期间求取表征燃料喷射器的流量率的变量(特别是焦化)的方法，其中燃料喷射器配属于内燃机，以及涉及一种计算单元和用于执行所述方法的计算机程序。


背景技术：

2.对于现代内燃机，可以使用燃料供应系统，其中在高压存储器、即所谓的轨道中存储具有相对高压力的燃料，然后将燃料输送给各个燃料喷射器，并从燃料喷射器有针对性地引入到内燃机的燃烧室中。即使在这种燃料供应系统中使用燃料过滤器，仍会造成喷射器的开口处的沉积物或其他污染物，这是由于尚未从燃料中过滤掉的颗粒或物质，或者由于焦化造成。


技术实现要素：

3.根据本发明，提出一种用于求取表征燃料喷射器的流量率的变量的方法以及涉及一种计算单元和用于执行所述方法的计算机程序。
4.本发明涉及内燃机的运行，其中燃料经由燃料喷射器被引入燃烧室中，燃料如开始提到的那样例如取自高压存储器。如已经提到的那样，这种燃料喷射器、特别是喷入喷嘴在运行期间结焦。术语焦化表示通过在喷入孔内部中形成沉淀物引起喷入喷嘴的真实的流量变化。这种流量在此涉及分别针对特定的喷入压力的、流量率或体积流(每时间单位的体积)，流量率或体积流随时间从标称值或原始值降低到典型较低的值。在此，喷入喷嘴通常非常不同地焦化，其中一些有时非常强烈。焦化程度取决于许多参数，即例如喷嘴设计、燃料质量或应用的负载廓线，并且对液压喷嘴流量、燃料喷射器的行为和最终喷入的燃料量或燃料质量有直接影响。
5.鉴于这个问题，一个目标是：检测、量化这种焦化(或通常还有表征燃料喷射器的流量率的变量)，并且喷射器个体地校正燃料喷射器的操控，使得喷入的燃料量保持恒定(或者尽可能对应于期望的燃料量)。为此，根据由焦化改变的边界条件来适配操控或喷入参数、即例如高压存储器中的压力、喷入的(时间上的)位置和持续时间。
6.对此存在例如用于构成为磁阀喷射器的燃料喷射器的各种选项或处理方式。尽管有针对性地借助这种功能取得进步，但焦化的确定仍然是挑战。与其他公差以及环境影响的相互作用难以以所需的精度确定焦化，使得无法始终使用这些功能的全部功能。
7.通常，对改变流量的退化、如焦化的检测精度的要求非常高。在基于喷嘴针关闭时间点来执行燃料喷射器的操控参数的校正方法中的误差通常与喷射量的误差相关联。
8.在此背景下，建议使用基于数据的模型，该模型将至少用于求取表征燃料喷射器的流量率的变量的两种彼此不同的方法(或方案或计算方法)组合。这种变量可以是流量率的绝对值或相对值，由此可推断焦化。在此，求取基于数据的模型的至少两个输入值并且随后借助于基于数据的模型确定至少一个输出值，基于所述输出值求取表征燃料喷射器的流
量率的变量的值。
9.根据模型，输出值可以直接包括流量率值。但是也可以考虑例如相对值，所述相对值与较早的值或标称值相比说明燃料喷射器的最大的流量率。在此，特别地，将用于所涉及的方法的输入值或输入变量视作为输入值或相应的输入变量，所述方法在基于数据的模型中组合。
10.优选地，借助于基于数据的模型利用机器学习、尤其是人工神经网络来确定至少一个输出值。于是，如已经提到的那样，燃料喷射器的至少一个操控参数也可以基于所求取的变量值进行适配。换言之，基于数据的模型可以被实施为人工神经网络，或者例如也可以借助于高斯过程回归或多项式回归产生。
11.以这种方式，可以在内燃机运行期间在诸如发动机控制设备的进行执行的计算单元中在没有附加传感装置的情况下借助例如机器学习来确定车辆中喷射器个体的喷入喷嘴的焦化。在这方面，将用于在模型中组合的方法的所有传感器都被视为传感器。如稍后解释的那样，这可以是例如所谓的“针闭合传感器”或ncs。这种传感器被设置用于检测燃料喷射器的阀室中的液压。借助这种传感器可以根据压力曲线的特征性的特征尤其检测燃料喷射器中的喷嘴针的反转时间点和喷嘴针的关闭时间点。在此，例如，传感器可以被设计为压电传感器，所述压电传感器然后输出相应的电压。但是，不需要其他的传感器。
12.机器学习实现将多个模型参数的复杂的交互紧凑地映射到封闭的数据模型中。例如，具有输入和输出或输入和输出值的数据模型可以集成到发动机控制设备中。在运行中，于是相应地由发动机控制设备提供所需的模型输入，并且喷射器个体地计算焦化或喷嘴流量作为输出。
13.所提出的方式的一个关键点是用于借助于例如机器学习求取或识别数据模型中的退化、例如焦化的各种模型方案的组合。每个单独的方式或每个单独的方案在此本身考虑通常具有特定弱点，这些弱点导致无法实现识别退化所需的准确性和鲁棒性。现在，通过将不同的模型方案捆绑和合并在一个数据模型中，使得各种方案的特定弱点现在不那么重要，进而可以更精确地求取焦化。
14.组合的方案或其所基于的模型优选地纯粹基于标量喷入系统变量。尤其也仅选择如下模型参数，模型参数根据各个方案有动机地实现喷嘴焦化的结论。其不是淡出的图案识别。参数空间优选地(但非必要地)集中于喷入系统变量。这与发动机或车辆数据相比显著地简化了用于模型训练的数据的提供，因为对于喷入系统一方面存在详细的数值的计算模型，并且另一方面存在具体的检查装置，借助所述检查装置可以与内燃机或发动机分开地测量喷入系统。以该方式可行的是，例如通过更换具有不同焦化的喷入喷嘴执行广泛的参数变化以鉴别系统，进而为模型训练和测试提供所需的数据。
15.此外实现在基于数据的模型中考虑燃料喷射器的几何参数。在此，可将几何参数特别理解为所谓的制造数据，所述制造数据作为附加的模型参数被整合。这尤其包括可以单独检查的且在车辆寿命期间不改变或仅少量改变的功能特征。这种功能特征的示例是a/z比例或出口-入口比例(喷射器的控制室具有入口和出口节流阀；a/z比例表示两个节流阀的流量比，并对喷嘴针的动态、即打开和关闭具有影响)。然后，可以将制造数据用作模型数据集或模型数据点的一部分。
16.下面应更详细地解释用于求取燃料喷射器的流量率的要在基于数据的模型中组
合的方法。
17.用于求取燃料喷射器的流量率的一个优选方法是如下方法，其中基于燃料喷射器的喷嘴针的反转时间点和/或燃料喷射器的喷嘴针的关闭持续时间确定变量(或退化的)尤其连续的量度。反转时间点和关闭持续时间例如可以利用之前提及的传感器(ncs)来确定。两个变量(也称作为正时变量)表征燃料喷射器的退化或焦化。这可以利用以下事实：尤其是针关闭持续时间、进而还有喷射持续时间，随着焦化的增加而增加。这种方案的弱点是：针阀关闭持续时间不单单取决于喷射器的焦化，而且同样取决于喷嘴针的引导间隙。然而，引导间隙不是恒定的，并且会随着时间的推移根据负载而变化，即“漂移”。引导间隙的这种漂移是未知量，这些未知量除了其他的干扰变量之外扭曲所述方案的焦化模型。
18.用于求取燃料喷射器的流量率的另一优选的方法是如下方法，其中根据这种传感器(ncs)信号的在燃料喷射器的喷嘴针的关闭时间点的范围中的曲线的特性(或特征)确定退化的量度。为此，例如可以采用典型存在的、滤波过的传感器信号。其中，在针关闭时，示出如下特征性的信号形式，信号形式与传感器和/或燃料喷射器参数、例如喷嘴流量或焦化相关。信号形式可以通过特征性的变量(例如超调、下冲、高度、梯度、持续时间)来描述，所述特征性的变量可以作为参数包含到组合的数据模型中。
19.用于求取燃料喷射器的流量率的另一优选的方法是如下方法，其中高压泵或高压燃料泵的输送开始是喷入的燃料量的量度。例如，为了借助于例如具有固定输送端部的往复活塞泵保持高压存储器中的限定的压力，需要用燃料相应的填充泵的冲程容积以平衡从高压存储器中提取的燃料量。输送开始表征如下时间点，泵活塞始于所述时间点经由止回阀克服高压存储器压力将泵的燃料填充输送到高压存储器中，并且是喷入的燃料量的量度。因此，也可以获取变量或退化的量度。
20.用于求取燃料喷射器的流量率的另一优选的方法是如下方法，其中根据高压存储器的通过燃料喷射器的喷入、特别是主喷入引起的压力变化和/或压力梯度确定退化的量度，经由所述高压存储器供应燃料喷射器。从在喷入时在高压存储器中的压力的(尤其未受干扰的)下降的梯度(所述梯度说明压力变化)中确定流量是用于识别狡猾的另一模型方案。在此，压力例如在两个限定的时间点在通过喷入触发的压力降的开始和结束处确定，并且形成压力差。压力降的以该方式推导的梯度为在喷嘴针在阀座节流阀之外打开时的喷嘴流量的或焦化的直接量度。
21.检测高压存储器中的压力的条件和公差影响模型的质量。因此，在发动机控制设备中，高压存储器中的实时压力通常不可用，而是仅经滤波的时间离散的信号可用。因此，压力值的检测必须有利地匹配于压力检测的边界条件。
22.用于求取燃料喷射器的流量率的另一优选的方法是如下方法，其中根据在燃料喷射器的喷入时引入的燃料量和喷入持续时间的比例来确定退化的量度。在确定喷嘴流量的该可行性中，将喷入量与燃料喷射器的喷射持续时间(从针打开直至针关闭的时间)置于比例。在发动机控制设备中例如借助于ncs已知喷入持续时间，然而喷入的燃料量未知。喷入量的潜在替代变量是高压存储器中的喷入的压力下降δp：
[0023][0024]
在给定的边界条件下，压力的下降δp与从高压存储器或其溶剂vh中提取的燃料
量δv成比例。压力差和相对的容积变化在此经由压缩模块b关联。在此，也扭曲特定的公差影响，即例如高压存储器中的压力检测的边界条件、高压容积的公差和/或燃料的影响扭曲相关性。
[0025]
因此，可以将针对各种方法提到的变量视为基于数据的模型的输入变量。
[0026]
应该强调，例如与具有反转时间点和/或关闭持续时间的第一方案相反，在最后提到的方案中喷嘴针的引导间隙对所求取的焦化没有影响。相反地，轨道压力(高压存储器中的压力)的检测的公差对反转时间点和关闭持续时间的正定变量没有影响。
[0027]
根据本发明的计算单元、例如机动车辆的控制设备尤其在程序方面设计用于执行根据本发明的方法。
[0028]
呈具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品形式的根据本发明的方法的实施方案是有利的，因为这尤其当进行执行的控制设备还用于其他任务进而总归存在时产生特别低的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是磁的、光的和电的存储器，即例如硬盘、闪存、eeprom、dvd等。程序也可以经由计算机网络(因特网、内联网等)下载。
[0029]
本发明的其他的优点和设计方案从说明书和附图中得出。
[0030]
本发明根据附图中的实施例示意性地示出并且在下面参照附图进行描述。
附图说明
[0031]
图1示意性地示出适合于执行根据本发明的方法的具有共轨系统的内燃机。
[0032]
图2示意性地示出其中可执行根据本发明的方法的燃料喷射器。
[0033]
图3示意性地示出信号曲线，根据该信号曲线在优选实施方式中解释根据本发明的方法的一部分。
[0034]
图4示意性地示出压力曲线，根据该压力曲线在优选实施方式中解释根据本发明的方法的一部分。
[0035]
图5示意性地示出可以在根据本发明的方法中在优选实施方式中使用的基于数据的模型的模型数据。
[0036]
图6示意性地示出在根据本发明的方法中在优选实施方式中和在非根据本发明的方法中的精度的比较。
具体实施方式
[0037]
在图1中示意性地示出适合于执行根据本发明的方法的内燃机100。例如，内燃机100包括三个燃烧室或所属的汽缸105。每个燃烧室105分配有燃料喷射器130，燃料喷射器又分别连接于高压存储器120、即所谓的轨道，经由所述高压存储器对所述燃料喷射器供应燃料。应当理解，根据本发明的方法也可以在具有任何其他数量汽缸、例如四个、六个、八个或十二个汽缸的内燃机中执行。同样应当理解，根据本发明的方法也可以在具有多于一个轨道的内燃机、例如具有两个轨道的v形发动机中执行。
[0038]
此外，高压存储器120经由高压泵110从自燃料箱140中馈送燃料。高压泵110与内燃机100耦联，更确切地说例如使得高压泵经由内燃机的曲轴或经由凸轮轴驱动，凸轮轴又与曲轴耦联。
[0039]
用于将燃料计量或喷入到相应燃烧室105中的燃料喷射器130的操控经由构成为发动机控制设备180的计算单元来进行。为了清楚起见，仅示出了从发动机控制设备180到燃料喷射器130的连接，但不言而喻，每个燃料喷射器130相应地连接于发动机控制设备。每个燃料喷射器130在此可以被具体地操控。此外，发动机控制设备130被设置用于借助于压力传感器190检测高压存储器120中的燃料压力。
[0040]
在图2中示例性地示出具有构成为磁阀的执行器135的燃料喷射器130(原则上，该设置也可以在具有压电执行器的燃料喷射器中使用)和所属的ncs传感器136，如其例如可以在根据图1的内燃机100中使用。执行器135用于操控燃料喷射器130中的伺服阀134。还示出喷嘴针137，喷嘴针可以开启和封闭用于喷入燃料的流动开口或喷嘴孔138。
[0041]
传感器136例如设置在燃料喷射器130处，使得传感器信号对阀室中的压力变化作出反应，由此于是推断出借助于燃料喷射器130进行的喷入过程的特征性的时间点，例如喷嘴或阀针的打开和关闭。执行器135借助两条操控线路连接到例如发动机控制设备180中的末端级。传感器136在此经由两个输入端连接到发动机控制设备180。
[0042]
在图3中示意性地示出关于时间t的信号曲线s，根据该信号曲线在优选的实施方式中解释根据本发明的方法的一部分。信号曲线s为由ncs提供的信号的曲线，例如为电压。
[0043]
根据所述曲线原则上可以确定对于喷入过程特征性的时间点、例如喷嘴针的打开时间点to、反转时间点tu以及关闭时间点ts。例如，借此也可以确定喷嘴针的关闭持续时间δts(作为t
s-tu)。
[0044]
在考虑高压存储器中在此主导的压力的情况下，可以根据所述正时变量原则上推掉出通过燃料喷射器的流量率进而推断出焦化。如前所述，针关闭持续时间不仅取决于喷射器的焦化，还取决于喷嘴针的引导间隙，引导间隙通常不是恒定的。
[0045]
在此背景下，该设置可以与用于在基于数据的模型中求取燃料喷射器的流量率的其他各种方法或方案组合。
[0046]
另一这种方法同样根据图3来进行解释。在信号曲线s的放大示出的部分中可见喷嘴针的关闭时间点ts附近的区域。例如，具体曲线可以根据特定的特性、如信号下降δs1、信号上述δs2(或还有相对于参考的最小值和最大值，或其差值)和该范围中的最大值和最小值之间的间距δt1来表征。
[0047]
这种特征性的信号形式与传感器和/或燃料喷射器参数、例如喷嘴流量或焦化相关。特征变量可以在另一方案的范围中作为参数包含到组合的数据模型中。
[0048]
在图4中示意性地示出压力p关于时间t的压力曲线，根据所述压力曲线在一个优选的实施方式中解释根据本发明的方法的一部分。在此，p1说明高压存储器中的实际的压力曲线，而p2说明所述压力的最终通过在发动机控制设备中的测量存在的曲线，曲线不仅是离散的，而且是延时的.
[0049]
从例如在喷入时高压存储器中的压力p的例如未受干扰的下降的梯度dp/dt中确定流量例如通过如下方式来进行：即在通过喷入触发的压力降的开始和t2结束处的两个限定的时间点t1确定压力，并且形成压力差。压力降的以该方式推导的梯度dp/dt为在喷嘴针打开时喷嘴流量或焦化的直接量度。
[0050]
高压存储器中的压力检测的条件和公差影响模型的品质。高压存储器中的实时压力在发动机控制设备中通常不可用(如图中可见)，而是可见经滤波的时间离散的信号。
[0051]
如上所述，用于求取焦化的另一设置是确定在燃料喷射器喷入时引入的燃料量与作为焦化的直接量度的喷入持续时间的比例。如上所述，喷入量可以经由喷入前后两个限定的时间点t0和t3之间的压力下降δp来确定，其中所述压力下降在图4中示出。喷入持续时间在发动机控制设备中通常是已知的，或者可以如参考图3所解释的那样求取(于是在那里作为t
s-to)。在该方法的范围中，对于基于数据的模型200提出使用高压存储器中的压力曲线的各个离散特征、使用高压存储器中的压力曲线的各个离散测量的压力。与其应使用四个、更特别刚好四个特定个的、通过测量求取的压力：
[0052]
压力特别是时间点t0(p2(t0))的压力p2、时间点t1(p2(t1))的压力p2、时间点t0(p2(t2))的压力p2和时间点t3(p2(t3))的压力p2。这就是说，应当将在喷入之前的(尤其直接在喷入之前的)压力p2(t0)、在喷入之后的(尤其直接在喷入之后的)压力p2(t3)、在自由喷入开始时的压力p2(t1)和在自由喷入结束时的压力p2(t2)用于基于数据的模型200。因此，压力p2(t1)和压力p2(t2)在如下时间点确定，时间点描述高压存储器中的压力p2的不受干扰的下降(尤其在流动阻力最低的情况下)(开始、结束)。
[0053]
在图5中示意性地示出用于创建基于数据的模型、特别是焦化模型200的模型数据的数据结构，模型可以在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中使用。模型200作为输入变量获得例如高压存储器中的燃料的当前压力p和当前温度t，并且参考图3和图4更详细结束的各种方法或方案需要在此用x
1,1
、
…
、x
2,1
、
…
、x
3,1
,
…
和x
4,1
、
…
表明的参数或变量。此外，可以考虑在此用y1、
…
表示的几何数据或制造数据。
[0054]
在模型数据200中示出各种数据组、例如第1行到第n行，以适当的方式考虑或者彼此组合，使得分别作为输出变量a得到对于表征流量率的变量进而也对于焦化的量度vk。所述量度vk例如以标称或原始流量率的百分比说明。在需要时，可以相对于标称喷射器观察输入变量或相应参数。
[0055]
在图6中示意地示出在根据本发明的方法的一个优选的实时方式和非根据本发明的方法中的精度的比较。为此，关于真实的流量率q绘制估计的或计算的流量率q
pred
，其中说明虚线的对角线q
pred
＝q，即理想情况。
[0056]
用圆示出的点在此对应于(仅)借助于通过确定喷嘴针的反转时间点和关闭持续时间的方案估计或计算的流量率，用十字或x示出的点纯示例性地且为了说明对应于在借助用于确定流量率或焦化的基于数据的模型的方法中的趋势。在此清楚可见，精度比至今为止显著更高。