[发明专利]使用电流积分来控制流经阀门的线圈驱动的电流

说明书

技术领域

本发明涉及激励阀门、尤其是用于机动车辆的电机的燃料直接喷射阀门的线圈驱动。

背景技术

为了运行现代内燃机和遵循严格的排放极限值，电机控制通过所谓的汽缸填充模型来确定每工作周期在汽缸中封闭的空气质量。根据所建模的空气质量和空气量与燃料量之间的所期望的比例（λ），相应的燃料量额定值（MFF_SP）通过喷射阀门被喷入。由此实现：要喷射的燃料量被确定为使得针对催化剂中的废气后续处理存在增量的最优值。对于具有内部混合形成的直接喷射的四冲程电极而言，燃料在40至200巴的压力下被直接喷射到燃烧室中。

除了对不受控制的燃料外流的紧密型和要喷射的燃料的束流处理以外，对喷射阀门的主要要求还有时间上精确地测量预先控制的喷射量。尤其是在充电的直接喷射四冲程电机的情况下，要求所需燃料量的非常高的量馈送。因此，例如必需针对电机满负荷下的充电运行测量每工作循环的最大燃料量MFF_max，而在接近续流的运行中必需测量最小的燃料量MFF_min。在此，两个标称值MFF_max和MFF_min定义喷射阀门的线性工作区的极限。这意味着，针对该喷射量，在喷射时间（电激励时长（Ti））与每工作循环所喷射的燃料量（MFF）之间存在线性关联。

对于具有线圈驱动的直接喷射阀门而言，被定义为最大燃料量MFF_max与最小燃料量MFF_min之商的量馈送大约为15。对于具有专注于减少CO2的未来电机而言，汽缸容量被缩小，并且电机的标称功率通过相应的电机充电机制保持或者甚至提高。因此，对最大燃料量MFF_max的要求至少对应于对具有较大汽缸容量的送气电机。但是最小燃料量MFF_min通过续流运行以及在汽缸容量方面缩小的电机的最小空气质量被确定并且由此被减小。因此，针对未来的电机得出对量馈送以及最小燃料量MFF_min的提高的要求。但是在喷射量小于最小燃料量MFF_min的情况下，导致喷射量的不允许的逐脉冲的变化以及导致平均喷射量在电机的不同喷射阀门之间变化。

喷射阀门的特征曲线特征曲线定义所喷射的燃料量MFF与电激励的时长Ti之间的关联                                                。该关系的逆反用在电机控制中，以便将额定燃料量（MFF_SP）换算成所需的喷射时间。在此为了简化而省略引入该计算的附加的影响参数、比如燃料压力、在喷射过程期间的汽缸内压、以及供电电压的可能的变化。

图4a示出了直接喷射的特征曲线。在此，根据电激励的时长Ti绘出了喷射的燃料量MFF。从图4a中可以看出，针对大于Ti_min的时长Ti存在非常良好地为近似线性的工作区。这意味着，喷射的燃料量MFF与电激励的时长Ti成正比。针对小于Ti_min的时长Ti，得出高度非线性的行为。在所示的例子中，Ti_min大约为0.3ms。

特征曲线在非线性工作区内的上升对应于喷射阀门的静态流速、即在完整的阀门冲程中持久地达到的燃料流速。针对小于0.3ms的时长Ti并且针对燃料量MFF<MFF_min的非线性行为的原因尤其是在于喷油器－弹簧质量系统的惯性以及在通过线圈建立和减小磁场时的时间行为，该磁场操控喷射阀门的阀针。通过该动态效应，针对Ti<Ti_min不再实现完整的阀门冲程。这意味着，在到达结构上预先给定的定义最大阀门冲程的结束位置以前，阀门再次闭合。

为了保证所定义和可再现的喷射量，直接喷射阀门通常工作在线性工作区。由此得出每喷射脉冲的最小燃料量MFF_min，该最小燃料量MFF_min必需被最小地给定以便精确地确定喷射量。在图4a中所示的例子中，该最小燃料量MFF_min稍小于10mg。

直接喷射阀门的电激励通常通过电机控制的电流调节全桥输出级来进行，该电机控制允许给喷射阀门施加机动车辆的车载电源电压以及附加地施加放大电压。该放大电压常常称为升压电压（Vboost）并且例如可以为大约60V。

图4b示出了具有线圈驱动的直接喷射阀门的典型电流激励谱。该激励分为下列阶段：

A）预充电阶段：在时长t_pch的该阶段，与机动车辆的车载电压相对应的电池电压Vbat通过输出级的电桥电路施加到喷射阀门的线圈驱动。在达到电流额定值I_pch_sp的情况下，电池电压Vbat通过双点调节器被关断，Vbat在低于第二电流阈值的情况下被再次接通。由此在预充电阶段期间导致电流的时间波动，其中最大值又电流额定值I_pch_sp来定义。