基于阀的关闭点和打开点的知识对阀进行电致动的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及致动用于阀，尤其用于机动车辆的内燃发动机的直接喷射阀，的线圈驱动器的技术领域。本发明尤其涉及一种用于在操作具有提高的量精度的阀时获取喷射时间的方法。本发明还涉及一种相应的设备和一种用于执行指定方法的计算机程序。
【背景技术】
[0002]为了操作现代的内燃发动机并遵守对排放物的严格限制值，发动机控制器借助所谓的缸填充模式来确定每个工作周期封闭在缸中的空气质量。根据模式化的空气质量以及空气量与燃料量之间的期望比值(拉姆达)，借助喷射阀来喷射对应燃料量的设定点的值(MFF_SP)，该喷射阀在此文件中也被称为喷射器。因此，待喷射的燃料量可以以这样的方式来定量，使得对于催化转化器中的排放气体的后处理来说存在用于拉姆达的最佳值。对于具有内部混合物形成的直接喷射火花点火式发动机来说，燃料以从40到200巴范围内的压力直接喷射到燃烧室中。
[0003]对喷射阀提出的主要要求是，除了密封性以防止燃料的不受控流出和待喷射燃料的喷射的不受控准备之外，还有对预限定的设定值的喷射量的精确测量。特别是在超级增压(aufgeladenen)的直接喷射的火花点火式发动机的情况下,所需要的燃料量必然极大地分散。因此，每个工作周期的最大燃料量MFFjnax例如须在发动机的全负载下对于超级增压模式进行计量，反之在临近空转状态操作期间，须计量最小燃料量MFF_min。两个特征变量MFFjnax和MFFjnin在此限定了喷射阀的线性工作范围的界限。这意味着，对于这些喷射量，在电致动持续时间(Ti)和每个工作周期所喷射的燃料量(MFF)之间存在线性关系。
[0004]在恒定的燃料压力情况下的量分散度(mengenspreizung)被限定为最大燃料量MFFjnax和最小燃料量MFFjnin之间的商，对于具有线圈驱动器的直接喷射阀来说接近15。对于关注二氧化碳减少的未来发动机来说，发动机的立方容积减少了，发动机的额定功率借助相应的发动机超级增压机构来维持或者甚至提高。因此，所需要的最大燃料量MFFjnax至少对应于对具有相对大的立方容积的进气发动机提出的要求。但是，最小燃料量MFFjnin在具有较小的立方容积的发动机的超限模式下借助于靠近空转状态的操作和最小空气质量来确定，从而使其减小。另外，例如在催化转化器加热模式下，凭借所谓的混合物分层和随后的点火时间，直接喷射允许全部的燃料质量在多个脉冲上分布，这允许排放物要遵守更严格的限制值。由于上文提到的原因，未来发动机将在量分散度和最小燃料量MFFjnin两方面受到更多要求。
[0005]在已知的喷射系统的情况下，喷射量与标称喷射量的明显偏差发生在小于MFF_min的喷射量时。此系统化发生的偏差基本上归因于喷射器的制造公差以及发动机控制器中的致动喷射器的输出级的公差，因此归因于来自标称致动电流曲线(Stromverlaufs)的偏差。
[0006]对直接喷射阀的电致动典型地借助于电流调节的全桥输出级来执行。在车辆中应用的外围状态下，仅能够实现供给给喷射器的电流曲线的有限的精度。在致动电流中所引起的变化和喷射器的公差对喷射量的可实现的精度具有明显影响，特别是在MFFjnin及以下的范围内。
[0007]喷射阀的特征曲线限定了所喷射的燃料量MFF和电致动的以及燃料压力FUP的时间段或喷射时间Ti之间的关系(MFF = f (Ti，FUP))。此关系的反演Ti=F1 (MFF_SP，FUP)在发动机控制器中使用，以使设定点的燃料量(MFF_SP)转化为必要的喷射时间。为了简化，在此会忽略另外的影响变量，诸如例如喷射过程期间的缸内压力(Pm)、燃料温度(θ?ικ1)和输入到此计算中的电源电压的可能变化。
[0008]图1示出了直接喷射阀的特征曲线。这里，所喷射的燃料量MFF被绘制为电致动的时间段Ti的函数。从图1可以了解，对于长于Ti_min的时间段Ti获得非常好地近似成线性的工作范围。这意味着，所喷射的燃料量MFF直接正比于电致动的时间段Ti。对于短于Tijnin的时间段Ti出现了高度的非线性行为。在图示的示例中，Tijnin近似为0.5ms。
[0009]在线性工作范围内的特征曲线的斜率对应于通过喷射阀的静态流量，即在完整的阀行程的情况下连续地获得的燃料流通速率。对于短于接近0.5ms或燃料量MFF < MFF_min的时间段或喷射时间Ti的非线性行为的原因特别地在于喷射器弹簧质量系统的惯性和通过线圈的磁场升高和减小期间的序时行为，该磁场起动喷射阀的阀针。由于这些动态作用，致使完整的阀行程不再在所谓的冲击范围内获得。这意味着，阀在已经到达在结构上预限定的端部位置之前再次关闭，该在结构上预限定的端部位置限定了最大阀行程。
[0010]为了确保限定的且可重现的喷射量，直接喷射阀通常在它们的线性工作范围内操作。现在，不在非线性范围内执行操作，其原因在于，由于在电流曲线中的上文提到的公差和喷射阀的机械公差(例如关闭弹簧的预张紧力、阀针的行程、衔铁/针系统内的内部摩擦力)，在喷射量中会发生明显的系统误差。由此可以了解，对于喷射阀的可靠操作，每个喷射脉冲必须有最小燃料量MFF_min，为了能够以精确量化的方式来实施期望的喷射量，必需至少提供该量。在图1中图示的示例中，此最小燃料量MFF_min略小于5mg。
[0011]直接喷射阀的电致动通常借助发动机控制器的电流调节的全桥输出级来执行。全桥输出级允许将机动车辆的车载电源系统电压(可替换地将增高电压)供应到喷射阀。增高电压(U_boost)例如可以接近60 V到65V。增高电压通常由DC/DC变压器可得。
[0012]图2示出了用于具有线圈驱动器的直接喷射阀的典型电流致动曲线I (粗实线)。图2也示出了适用于直接喷射阀的相应电压U (细实线)。致动被划分为以下阶段:
A)预充电阶段:在具有持续时间t_pch的此阶段期间，对应于机动车辆的车载系统电压的电池电压U_bat通过输出级的桥接电路施加到喷射阀的线圈驱动器。当达到电流设定点值I_pch时，通过二级控制器切断电池电压U_bat，且在低于进一步的电流阈值之后再次接通U_bat。
[0013]B)增高阶段:预充电阶段后跟着增高阶段。为了此目的，增高电压U_boost通过输出级施加到线圈驱动器，直到达到最大电流I_peak。由于电流快速升高致使加速打开喷射阀。在达到I_peak之后，跟着自由轮转阶段，直到t_l结束，且在此自由轮转阶段期间，电池电压U_bat再次被施加到线圈驱动器。电致动的时间段Ti从增高阶段的起点开始测量。这意味着，由于达到预限定的最大电流I_peak而引起的到自由轮转阶段的过渡被触发。增高阶段的持续时间t_l固定地预限定为燃料压力的函数。
[0014]C)换向阶段:在t I结束之后，是随后的换向阶段。由于切断电压致使在此产生自感应电压，该自感应电压基本上被限制到增高电压U_boost。
[0015]换向阶段在进一步的时间段t_2结束之后终止。
[0016]P)保持阶段:换向阶段随后是所谓的保持阶段。在此，用于设定点保持电流1_hold的设定点值借助电池电压U_bat，再次借助二级控制器来调节。
[0017]E)切断阶段:由于切断电压致使产生自感应电压，如上文所解释的，该自感应电压被限制到恢复电压。由此，通过线圈产生电流流动，该电流流动现在减小磁场。在已经超过在此被示出为负值的恢复电压之后，电流不再流动。此状态也被称为“开路线圈”。由于磁性材料的欧姆电阻，在线圈的场衰减期间感生的涡电流衰退。涡电流中的衰减转而导致磁性线圈中的场并由此导致电压感应改变。此感应效应弓I起喷射器处的电压值根据指数函数的曲线从恢复电压的水平开始上升到“零”值。在借助弹簧的力和由燃料压力引起的液压力使磁力减小之后，喷射器关闭。
[0018]所描述的喷射阀的致动具有如下缺点:喷射阀的或者“开路线圈”阶段中的喷射器的打开和关闭两者的时间(受限于公差)对所喷射的燃料的量精度会具有负面影响。
【发明内容】
[0019]本发明基于将喷射阀的致动改善到如下效果的目的，即特别是在小喷射量的情况下(例如在喷射量小于MFFjnin的情况下)能够实现较高的量精度。
[0020]此目的借助独立专利权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了本发明的有优势的实施例。
[0021]根据第一方面，提供了一种用于确定阀的有效喷射时间的方法，该阀具有线圈驱动器，其中该方法包括以下步骤:确定阀的打开时间(Topen)，确定阀的关闭时间(Tclose)，并将已确定的打开时间和已确定的关闭时间考虑在内来获取对于喷射过程的阀的电致动的有效喷射时间(TiN)。
[0022]特别地，对于后一喷射过程能够计算所获取的有效喷射时间。例如，打开时间的和关闭时间的确定能够通过直接测量或通过测量和评估合适的变量来执行。特别地，所测量的变量可以是由电测量方法确定的电变量，例如电流或电压。然后，能够评估或分析已测量的变量，以便确定打开时间和/或关闭时间。
[0023]例如，术语阀的打开时间可以指代通过开始时间和终止时间给出的时间段或喷射时间。通过施加电压(例如增高电压)给出的