用于运行燃料喷射阀的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于在使用基于数据的模型的情况下来运行内燃机的燃料喷射阀的方法，尤其是用于确定关闭时间或者估计所喷射的燃料量。


背景技术：

2.机电式的或者压电的喷射阀被用于计量燃烧发动机中的燃料。这些喷射阀能够实现经过直接和精确测定的、到燃烧发动机的气缸中的燃料供给。
3.挑战在于，尽可能精确地控制燃烧过程，以便改善燃烧发动机的运行特性，尤其是鉴于燃料消耗、效率、有害物质排放和平稳运行加以改善。对此重要的是，运行喷射阀，使得在工作压力变化的情况下并且必要时在每个工作周期(arbeitstakt)多次喷射的情况下，能以高重复精确度来计量要喷射的燃料量。
4.喷射阀可以具有电磁致动器或者压电致动器，所述电磁致动器和压电致动器操纵阀针，以便将阀针从针阀座取出并打开喷射阀的排出口，以将燃料泄出到燃烧室中。由于结构上的差异和不同的运行条件、如温度、燃料压力、燃料黏度，在确定喷射阀的确切的打开时刻和确切的关闭时刻时，存在不确定性；所述打开时刻也就是说是如下时刻：从该时刻起，燃料通过喷射阀到达气缸的燃烧室；所述关闭时刻也就是说是如下时刻：直至该时刻，燃料通过喷射阀到达气缸的燃烧室。


技术实现要素：

5.根据本发明，设置了一种根据权利要求1所述的用于运行燃料喷射阀的方法，以及设置了一种根据并列权利要求所述的设备和喷射系统。
6.其他构建方案在从属权利要求中予以说明。
7.根据第一方面，设置了一种用于训练基于数据的评估模型的方法，以基于传感器信号来确定喷射阀的打开和/或关闭时刻，该方法具有下列步骤：
[0008]-测量喷射阀的运行，以便确定至少一个传感器信号和相关的打开和/或关闭时刻；
[0009]-以采样率来对传感器信号进行采样，以便获得具有传感器信号值的传感器信号时间序列；
[0010]-通过如下方式来确定多个训练数据集：从传感器信号时间序列中生成的多个评估点时间序列被分配给与传感器信号相关的打开或者关闭时刻，其中评估点时间序列具有低于传感器信号时间序列的时间分辨率；
[0011]-根据所确定的训练数据集，训练基于数据的评估模型。
[0012]
虽然根据操控信号的预先给定的变化过程进行对喷射阀的操控，但是喷射阀的由此引起的打开和关闭运动变化，使得不能确切地预先给定用于开始和结束燃料喷射的实际打开和关闭时刻。对此的原因在于阀运动与当前运行点的复杂相关性。
[0013]
为了监控阀运动，在喷射阀中设置有压电传感器，该压电传感器构造为压力传感
器，以便检测燃料压力的通过操控喷射阀所触发的压力变化，并且以便提供相对应的传感器信号。现在可以对测量到的传感器信号进行评估，以确定喷射阀的实际打开和关闭时刻，以便这样相对应地适配对喷射阀的操控。
[0014]
可是，传感器信号也是带有噪声的，并且尤其是取决于燃料供给中的实际燃料压力和要测量的操控的持续时间。
[0015]
借助基于数据的评估模型，可以进行对传感器信号的评估，以确定喷射阀的打开和/或关闭时刻。基于数据的评估模型可以对应于或者包括概率回归模型、神经网络或者分类模型。
[0016]
为了训练评估模型，可以检测传感器信号的时间序列。在测试台上，针对要测量的燃烧发动机，可以检测各自喷射阀的实际打开和关闭时刻。以这种方式，可以生成如下训练数据集：所述训练数据集分别将预先给定数目的采样时刻的时间序列映射到对于打开和/或关闭时刻的说明上。
[0017]
可是，这种行动方式并不稳健，并且尤其是在喷射阀的打开和/或关闭运动出现变化时，或在喷射阀的打开持续时间期间出现异常压力波动时，针对打开和/关闭时刻可能具有高的估计不确定性。
[0018]
如下分辨率处于大约5μs至20μs：必须以该分辨率来说明打开和/或关闭时刻，以便能够实现足够精确地监控所喷射的燃料量。它们要在200μs到1ms之间的时间窗之内检测到传感器值，所述时间窗包括打开和关闭喷射阀的时间段。
[0019]
通常，以明显更高的采样率，如例如以在0.1μs到5μs之间的采样率，可以对传感器信号进行采样。为了充分稳健地评估传感器信号的变化过程，以确定打开和关闭时刻，数目为在40到100之间的采样值(样本)是足够的，所述采样值分别为评估点时间序列的确定的评估时刻提供评估点。
[0020]
此外，可以通过如下方式从各一个传感器信号中生成多个评估点时间序列：根据评估点时间序列的时间分辨率，限定均匀地在时间上间隔开的时间窗，所述时间窗分别包括多个连续的传感器信号值，其中对于每个时间窗，处于其中的传感器信号值之一被随机选择为评估点，使得对于一个传感器信号，生成具有连续的时间窗的评估点的多个不同的评估点时间序列。
[0021]
尤其是，根据均匀分布或者高斯分布，可以执行对传感器信号值的随机选择。
[0022]
这里建议：提高用于训练评估模型的训练数据集的数目。为了从传感器信号中创建可评估的评估点时间序列，可以关于对于评估点时间序列所需的时间分辨率而对所述传感器信号进行过采样。通过该过采样，针对要评估的评估点时间序列的每个评估时刻，可能考虑传感器信号的多个采样值。这被使用，以便从具有相对应标签(也就是说关于打开和/或关闭时刻的说明)的传感器信号时间序列中生成具有更低时间分辨率的多个评估点时间序列，所述多个评估点时间序列分配给相对应的标签。借此，可以明显提高训练数据集的数目，由此可能以经过改善的方式对基于数据的评估模型进行训练。此外，这样生成的训练数据集使得能够更稳健地创建基于数据的评估模型。
[0023]
尤其是，评估时刻限定了在时间上连续的或者在时间上均匀间隔开的时间窗。分别处于所述时间窗中的传感器信号值可以被考虑，用于确定分配给该时间窗或相对应的评估时刻的评估点。建议了，随机进行从评估点的每个时间窗中选择传感器信号值之一。按照
均匀分布、高斯分布或者别的预先给定的分布，可以从通过评估时刻限定的时间窗中的每个时间窗中随机选择传感器信号值。也就是说，在一个时间窗之内选择一个传感器信号值的概率通过分布函数来给定。由于通过多次执行这种行动方式总是得出不同的评估点时间序列，所以可以以这种方式从传感器信号时间序列中确定大数目的不同的评估点时间序列。通过将该评估点时间序列分配至分配给传感器信号时间序列的基础标签，可以分别创建一个训练数据集。
[0024]
根据另一方面，设置了一种用于运行喷射系统的方法，尤其是用于结合确定喷射阀的打开时刻和/或关闭时刻来运行喷射系统；所述方法具有下列步骤：
[0025]-以采样率来对传感器信号进行采样，以便获得具有传感器信号值的传感器信号时间序列；
[0026]-通过将传感器信号时间序列分割成均匀间隔开的时间窗，从传感器信号时间序列中确定评估点时间序列，并基于在各自时间窗之内的传感器信号值，确定评估点时间序列的各自评估点；
[0027]-根据所确定的评估点时间序列和基于数据的评估模型、尤其是按照根据权利要求1至4中任一项所述的方法之一训练过的评估模型，确定打开时刻和/或关闭时刻，其中对基于数据的评估模型进行训练，以便将打开时刻或者关闭时刻分配给评估点时间序列；
[0028]-借助所确定的打开时刻和/或关闭时刻，运行喷射系统。
[0029]
此外，可以进行喷射阀的运行，使得喷射阀的通过所确定的打开和/或关闭时刻确定的打开持续时间被设定到预先给定的期望打开持续时间。
[0030]
根据另一方面，设置了一种用于执行上面提到过的方法的设备。
附图说明
[0031]
随后，依据附上的附图更详细地阐述实施形式。
[0032]
图1示出了用于将燃料喷射到燃烧发动机的气缸中的喷射系统的示意图；
[0033]
图2示出了对用于确定训练数据集的方法的图解说明，所述训练数据集用于训练基于数据的评估模型，以确定所喷射的燃料量；
[0034]
图3关于评估点时间序列的评估时刻示出了传感器信号的采样时刻和时间窗的位置的示意图；以及
[0035]
图4示出了用于图示如下方法的流程图：所述方法用于应用经过训练的基于数据的评估模型来确定所喷射的燃料量。
具体实施方式
[0036]
图1示出了用于机动车的燃烧发动机2的喷射系统1的布局，针对该燃烧发动机2，示例性地示出了(尤其是多个气缸中的)一个气缸3。燃烧发动机2优选地构造为具有直接喷射的柴油机，可是也可以设置为汽油机。
[0037]
气缸3具有进气阀4和排气阀5，用于输送新鲜空气并且用于排放燃烧废气。
[0038]
此外，为了运行燃烧发动机2，燃料经由喷射阀6被喷射到气缸3的燃烧室7中。为此，燃料经由燃料输送装置8被输送给喷射阀，经由该燃料输送装置8，在高燃料压力下以本身已知的方式(例如共轨(common rail))来提供燃料。
[0039]
喷射阀6具有可电磁操控的或者可压电操控的致动器单元61，该致动器单元61与阀针62耦合。在喷射阀6的关闭状态中，阀针62置于针阀座63上。通过操控致动器单元61，阀针62在纵向方向上运动，并释放针阀座63中的阀开度的部分，以便将处于压力下的燃料喷射到气缸3的燃烧室7中。
[0040]
喷射阀6此外还具有布置在喷射阀6中的压电传感器65。压电传感器65因通过喷射阀6所引导的燃料中的压力变化而变形，并通过电压信号生成为传感器信号。
[0041]
以通过控制单元10来控制的方式进行喷射，该控制单元10通过给致动器单元61通电来预先给定要喷射的燃料量。借助在控制单元10中的a/d转换器11，在时间上对传感器信号进行采样，尤其是以为0.5mhz至5mhz的采样率进行采样。
[0042]
在燃烧发动机2运行中，传感器信号用于确定喷射阀6的正确的打开和/或关闭时刻。为此，传感器信号借助a/d转换器11被数字化为传感器信号时间序列，并通过合适的评估模型来评估，由此根据燃料压力和其他运行变量，可以确定喷射阀6的打开持续时间和相对应地确定所喷射的燃料量。为了确定打开持续时间，尤其是需要打开时刻和关闭时刻，以便将打开持续时间确定为这些变量的时间差。
[0043]
从对传感器信号变化过程的观察中，可以进行对打开时刻和/或关闭时刻的确定。尤其是，借助基于数据的评估模型，可以执行打开时刻和/或关闭时刻。
[0044]
基于数据的模型需要训练数据集来创建这些模型，其中模型的稳健性和精确度极大地取决于训练数据的质量。
[0045]
训练数据集的确定在测试台上进行，其中在所运行的燃烧发动机2中测量喷射阀6的运行。随后，参照图2的流程图来描述用于确定训练数据集的方法。
[0046]
尤其是，在步骤s1中，针对一个或者多个工作周期，作为标签检测运行变量、压电传感器的传感器信号的时间变化过程以及精确的打开或者关闭时刻。对传感器信号的检测通过采样进行，其中采样频率在0.5mhz到5mhz之间。对传感器信号的采样优选地在如下评估时间段中进行：在该评估时间段中，进行喷射阀6的一次打开和关闭。评估时间段可以关于喷射阀的操控时间窗来规定，该操控时间窗通过对致动器单元61的操控的开始和所规定的持续时间来限定，该所规定的持续时间对应于致动器单元61的操控信号预先给定阀开度的最大持续时间。因此，操控时间窗具有所限定的时间基准，针对该时间基准提供如下评估点时间序列：所述评估点时间序列是用于进一步确定打开或关闭时刻的基础。
[0047]
为了从这种传感器信号时间序列中确定训练数据集，在步骤s2中，在测试台的处理单元中将所述传感器信号时间序列划分为在时间上均匀间隔开的时间窗。这些时间窗的时间长度大于与传感器信号的采样率相对应的时间步长。尤其是，时间窗在时间上相互间隔有如下评估时间：该评估时间与评估点的时间分辨率相对应，所述评估时间在基于数据的评估模型中被处理为评估点时间序列。评估时间可以为在5μ s到20μ s之间。
[0048]
时间窗可以彼此紧邻，或者可以在时间上彼此间隔开。时间窗选择得足够大，使得总是包括传感器信号的多个采样时刻。
[0049]
这在图3的图示中示例性地示出。可以看到一系列采样值a，分别给所述采样值a分配有传感器信号s的传感器信号值w。采样值a在时间上均匀地间隔开，如例如以1μs间隔开，
并形成传感器信号时间序列。设置有连续的时间窗f，在所示出的实施例中，所述时间窗f分别包括传感器信号s的四个采样值。时间窗f具有为8μs的相对应的间隔，而隔1μ s的间隔来检测采样值。
[0050]
为了确定训练数据集，在步骤s3中，从时间窗f中随机选择如下采样值a：所述采样值a对应于传感器信号值w，并且所述采样值a对应于要创建的评估点时间序列的评估点。根据关于包含在时间窗f中的采样值a的均匀分布，或者根据高斯分布或者其他分布，可以进行在时间窗f之内随机选择采样值a。也就是说，基于采样值在时间窗之内的分布的概率，进行随机选择，该分布可以对应于均匀分布、高斯分布或者其他分布。在均匀分布的情况下，这意味着：以相等的概率选择在时间窗之内的每个采样值。在高斯分布的情况下，这意味着：以比处于时间窗的边缘处的采样值更高的概率，选择处于时间窗中部的采样值。
[0051]
这样，获得彼此不同的评估时刻的时间序列。
[0052]
在步骤s4中，已从传感器信号时间序列中创建的所有评估点时间序列可以被分配给相同的标签，以便形成训练数据集。这些标签可以对应于燃料的在测试台上测量到的喷射持续时间，可以对应于打开时刻和/或关闭时刻。
[0053]
因此，在步骤s5中，根据训练数据集，创建基于数据的评估模型，并在燃烧发动机2的控制单元10中，实施所述基于数据的评估模型。
[0054]
图4示出了用于图解说明如下方法的流程图：所述方法用于运行喷射系统1，尤其是用于结合确定喷射阀的喷射持续时间、打开时刻和/或关闭时刻来运行喷射系统1。
[0055]
在步骤s11中，为此以高采样率来对压电传感器65的传感器信号进行采样。
[0056]
在步骤s12中，传感器信号被分割成时间窗f，所述时间窗f分别彼此间具有对应于预先给定的评估率的间隔。
[0057]
在步骤s13中，传感器信号的处于时间窗之内的采样值(传感器信号时间序列)现在被计算平均值，或根据预先给定的分布被加权和被计算平均值，以便获得评估点。
[0058]
在步骤s14中，评估点作为评估点时间序列被提供给事先经过训练的基于数据的评估模型，以便从中确定打开和/或关闭时刻。
[0059]
现在，在步骤s15中，打开和/或关闭时刻现在被用于确定喷射阀的打开持续时间和相对应地确定所喷射的燃料量。
[0060]
尤其是，确定的喷射量可以以本身已知的方式被使用，以便调节发动机扭矩，改善燃烧发动机的平稳运行，改善其效率并执行用于进行废气后处理的方法。

技术特征：
1.用于训练基于数据的评估模型的方法，以基于传感器信号(s)来确定喷射阀(6)的打开或者关闭时刻，其具有下列步骤：-测量(s1)所述喷射阀(6)的运行，以便确定至少一个传感器信号(s)和相关的打开或者关闭时刻；-以采样率来对所述传感器信号(s)进行采样，以便获得具有传感器信号值的传感器信号时间序列；-通过如下方式来确定(s4)多个训练数据集：从传感器信号时间序列中生成的多个评估点时间序列被分配给与所述传感器信号相关的打开或者关闭时刻，其中所述评估点时间序列具有低于所述传感器信号时间序列的时间分辨率；-根据所确定的训练数据集，训练(s5)所述基于数据的评估模型。2.根据权利要求1所述的方法，其中，从各一个传感器信号(s)中，通过如下方式生成所述多个评估点时间序列：根据所述评估点时间序列的所述时间分辨率，限定均匀地在时间上间隔开的时间窗(f)，所述时间窗(f)分别包括多个连续的传感器信号值，其中针对每个时间窗(f)，处于其中的传感器信号值之一随机地被选择为评估点，使得针对一个传感器信号(s)生成具有连续的时间窗(f)的所述评估点的多个不同的评估点时间序列。3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据均匀分布或者高斯分布，执行对所述传感器信号值的随机选择。4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述基于数据的评估模型对应于或者包括概率回归模型、神经网络或者分类模型。5.用于运行喷射系统的方法，尤其是用于结合确定喷射阀的打开时刻或者关闭时刻来运行所述喷射系统；所述方法具有下列步骤：-以采样率来对传感器信号(s)进行采样(s11)，以便获得具有传感器信号值的传感器信号时间序列；-通过如下方式从所述传感器信号时间序列中确定(s12)评估点时间序列：将所述传感器信号时间序列分割成均匀的间隔开的时间窗(f)，并基于在各自时间窗之内的所述传感器信号值来确定所述评估点时间序列的各自评估点；-根据所确定的评估点时间序列和基于数据的评估模型、尤其是按照根据权利要求1至4中任一项所述的方法之一训练过的评估模型，确定(s14)所述打开时刻或者所述关闭时刻，其中对所述基于数据的评估模型进行训练，以便将所述打开时刻或者所述关闭时刻分配给评估点时间序列；-借助所确定的所述打开时刻或者所述关闭时刻，运行(s15)所述喷射系统。6.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，进行所述喷射阀(6)的运行，使得所述喷射阀(6)的通过所确定的打开和/或关闭时刻确定的打开持续时间被设定到预先给定的期望打开持续时间。7.用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法之一的设备。8.计算机程序产品，其包括指令，所述指令在通过计算机实施程序时促使所述计算机，实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。9.机器可读的存储介质，其包括指令，所述指令在通过计算机实施时促使所述计算机，实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种用于训练基于数据的评估模型的方法，以基于传感器信号(S)来确定喷射阀(6)的打开或者关闭时刻，该方法具有下列步骤：测量(S1)喷射阀(6)的运行，以便确定至少一个传感器信号(S)和相关的打开或者关闭时刻；以采样率来对传感器信号(S)进行采样，以便获得具有传感器信号值的传感器信号时间序列；通过如下方式来确定(S4)多个训练数据集：从传感器信号时间序列中生成的多个评估点时间序列被分配给与传感器信号相关的打开或者关闭时刻，其中所述评估点时间序列具有低于传感器信号时间序列的时间分辨率；根据所确定的训练数据集，训练(S5)基于数据的评估模型。训练(S5)基于数据的评估模型。训练(S5)基于数据的评估模型。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2021.09.10
技术公布日：2023/6/27