CN100434682C - 确定喷油阀压电执行器的控制电压的方法 - Google Patents

Abstract

确定至少一个喷油器的压电执行器的控制电压的方法，该喷油器用于把一液体量在高压作用下喷入一个空腔中尤其是内燃机的燃烧室中，其中控制电压依赖于加到液体量上的压力而变化，其特征为，该喷油器的控制阀的预定冲程变化所需的控制电压(电压需要)根据单个喷油器通过调节断路电压阈和稳定的端电压之间的电压差被调到为一个工作点预定的额定值。

Description

确定喷油阀压电执行器的控制电压的方法

技术领域

本发明涉及一种确定喷油阀压电执行器的控制电压的方法。

背景技术

从DE 100 32 022 A1中得知一种喷油阀的压电执行器的控制电压的确定方法，该方法在下次喷油过程之前首先间接地测量液压联接器中的压力。该压力是这样测定的，压电执行器与液压联接器机械连接，所以该压力在压电执行器中感应一个相应的电压，这个感应电压在下次喷油过程之前被用来校正该执行器的控制电压。太小的感应电压用于识别喷油中断。喷油阀主要用于汽油或柴油发动机尤其是高压蓄能喷油系统的燃油喷射。其中，液压联接器中的压力也取决于蓄压管压力，所以控制电压是随蓄压管压力而变的。压电执行器的电压需要主要取决于阀腔中的压力以及压电执行器的线膨胀，喷油器在一个工作点上正常运行所需的电压即所谓的电压需要，也就是说，在一定的力的情况下，电压和冲程之间的关系是与蓄压管压力成比例的。

从DE 103 15 815.4中可得知从最大的执行器电压和稳定的端电压之间的电压差中推导出喷油器的实际电压需要。

但问题是，喷油器的电压需要是随喷油器的使用寿命而变化的。这种变化引起了依赖于工作点预定的执行器电压不能保证一个预定工作点上的喷油器的正常运行。这就导致了喷油量的错误，从而引起不良的废气量和不良的噪声发射。在最不利的情况中，即在冲程不再足够打开喷油嘴针阀时甚至可能出现喷油的停止并由此导致喷油器失灵。

发明内容

因此，本发明的目的在于消除电压需要的这种变化。

这个目的是通过一种如下所述的确定喷油阀压电执行器的控制电压的方法来实现的。在根据本发明的确定至少一个喷油器的压电执行器的控制电压的方法中，该喷油器用于把一定量的液体在高压作用下喷入一个内燃机的燃烧室中，其中控制电压依赖于加到液体上的压力而变化。其特征为，对于每一个喷油器来说，通过对断路电压阈值和稳定的端电压之间的电压差进行调节而将所述电压差调节到针对一个工作点而言的预定的额定值，从而来调节该喷油器的控制阀的预定冲程所需的控制电压的变化。

本发明的这种方法可通过电压额定值的调节来补偿电压需要的变化，并由此确保达到要求的标定执行器冲程和整个使用寿命过程中喷油器的正常所需的运行。电压需要的这种适配还有这样的优点，原则上无需用很高的电压超前量进行控制，从而获得功率消耗/损耗功率方面的明显优点。此外，电压需要的适配还可用于诊断目的，以便例如在电压需要存在过高的变化的情况下给出故障警告。

在下面提到的措施是对上述方法的进一步改进。

电压需要的变化调节优选可在具有内燃机的汽车的行驶循环过程中进行，并把行驶循环过程中求出的校正值存入一个非易失的存储器中。从而可把存入该存储器中的校正值在下次行驶循环中用作电压需要的下次补偿变化的起始值。

为了确保只在电压需要的实际变化情况下进行调节，亦即在例如由于温度效应引起的只是暂时的小误差时，不进行再调节，最好设置一个触发逻辑电路，该电路依赖于表征内燃机和/或喷油阀的参数触发电压需要的变化调节。

这些参数例如是内燃机的温度和/或蓄压管压力和/或电压调节的稳定状态和/或加载时间调节的状态和/或别的后置调节回路的稳定状态和/或喷油次数和/或控制持续时间和/或每个工作循环的喷油频率，亦即某种程度上指的是喷油模式(提前喷油、主喷油、补喷油)。

在相对于蓄压管压力的不同工作点上进行电压需要的补偿是特别有利的，并把校正值存储在校正特性曲线族中，在这里也可存储在非易失的存储器中，例如电可擦可编程序只读存储器中。

附图说明

本发明的其他优点和特征可从对本发明一个实施例的下列说明和附图中得知。

附图表示：

图1现有技术中公知的一种喷油阀的示意结构图；

图2在控制过程中执行器电压与时间的示意说明图；

图3使用本方法的调节装置的示意框图。

具体实施方式

图1表示现有技术中公知的一种带有一个中心孔的喷油阀1的示意图。在图的上部，带有一个压电执行器2的调节活塞3被嵌入该中心孔中，调节活塞3与执行器2固定连接。调节活塞3向上关闭一个液压联接器4，而向下则设置一个带有通向第一阀座6的连接通路的孔，在该阀座内，配置了一个带有阀门关闭元件12的活塞5。阀门关闭元件12设计成双闭控制阀。当执行器2处于静止状态时，该双闭控制阀关闭第一阀座6。在执行器2操作时，即在控制电压Ua加到端子+，-上时，执行器2操作活塞3并通过液压联接器4把带有关闭元件12的活塞5压到第二阀座7。在这个第二阀座的下方，在一个相应的通路中设置一个喷油嘴针阀11，该针阀关闭或打开高压通路(Common-Rail-Druck共轨压力)13的出口，视所加的控制电压Ua而定。高压通过待喷的工质例如内燃机的燃油通过入口9供入，通过一个入口节流阀8和一个出口节流阀10控制流向喷油嘴针阀11和液压联接器4方向的工质的流入量。液压联接器4的任务是，一方面增加活塞5的冲程，另一方面使该控制阀与执行器2的温度伸长无关，在这里不拟说明联接器4的重复加油的问题。

下面详细说明这种喷油阀的工作原理。在执行器2每次控制时，调节活塞3都沿液压联接器4的方向运动。这时带关闭元件12的活塞5也向着第二阀座7的方向运动。位于液压联接器4中的工质例如燃油的一部分通过漏隙被挤压出来。所以在两次喷油之间，液压联接器4必须重复加油，以保证它的功能可靠性。

通过入口通道9保持高的压力，此压力在共轨系统(Common-Rail-System)情况下例如可达到200和2000巴之间。这个压力作用到喷油嘴针阀11上并使它保持关闭，所以燃油不可能流出。如果执行器2通过控制电压Ua被致动，且关闭元件12由此而在第二阀座的方向运动时，则在高压区内的压力降低，于是喷油嘴针阀11打开喷油通道。在液压联接器4中测出的所谓联接器压力用P₁表示。在没有加控制电压Ua时，联接器4中存在一个静止压力P₁，该压力例如是高压区的压力的1/10。在执行器2去载后，联接器压力P₁接近于0，并通过重复加油重新升高。

执行器2的冲程和力与执行器2加载用的电压有关。由于该力是与蓄压管压力成比例的，所以可靠到达阀座7所需的执行器冲程的电压必须依赖于蓄压管压力进行调节。喷油阀或喷油器1在一个工作点上正常运行所需的电压就是所谓的电压需要，亦即在一定的力与蓄压管压力成比例情况下的电压与冲程之间的关系，从DE 103 158 15.4中可得知从最大的执行器电压和稳定的端电压之间的电压差中推导出喷油器的单个的实际电压需要。

这个电压需要是随喷油器1的使用寿命而变化的。这种变化引起了按工作点预定的执行器电压不再能保证一个特定工作点上的喷油器1的正常运行，这就导致了喷油量的错误，从而影响废气量/噪音直至喷油器停止，即在该冲程不再能足够打开喷油嘴针阀11时就发生这种情况。下面所述的方法可依赖于单个喷油器补偿电压需要的这种变化。

本发明的基本构思在于，通过电压额定值的适配来补偿电压需要的变化，并由此确保达到要求的标定执行器冲程和整个使用寿命过程中喷油器的正常所需的运行。这样，一方面确保了执行器2的功能，而另一方面又避免了喷油量的上述错误。

原则上，也避免了用很高的电压超前量来控制电压需要的适配，这特别对控制设备的功率消耗/损耗功率是有利的，而且还减少了执行器2的磨损，因为执行器2不再需要在整个使用寿命过程中用大的导致阀座内太高过剩力的电压超前量进行工作。

此外，通过监控这种适配的校正作用还可进行整个喷油阀的诊断，例如确定电压需要的过高的变化。

电压需要的变化的适配是根据断路电压阈U_Ab和测出的稳定的端电压U_Regel(见图2)之间在一个工作点要求的额定值电压差ΔU_soll的单个喷油器的调节进行的，该额定值与不变化的即额定状态的喷油器需要的执行器冲程相关。这种调节通过执行器额定电压的单个喷油器适配进行校正，这待下面结合图3进行详细说明。

在一个计算单元310中算出执行器额定电压U_soll。在行驶循环过程中，不断地确定断路电压U_Ab和调节电压U_Regel之间的差ΔU_ist。将这个差值ΔU_ist与预定的值ΔU_soll比较，并在一个连接点320确定Δ_Usoll和ΔU_ist的差eΔU。这个差值eΔU形成例如一个比例积分调节器的输入变量，在该调节器中分别为单个气缸配置不同的调节器331、332、33n。在这些调节器中分别确定并输出单个气缸的校正信号S1、S2、Sn，其中n表示气缸数。

校正值或者与计算单元310确定的额定电压U_soll相乘或者与它相加，如连接点341、342所示。这样确定的校正值U_sollkorr被输入一个执行器电压调节设备350中，在该节设备中确定断路电压阈U_Ab。这个断路电压阈U_Ab与待发生的稳定的端电压U_Regel一起又被用来确定差值ΔU_ist。

在行驶循环中确定的校正值S1，S2，...Sn最好在该行驶循环结束后存入一个非易失的存储器360中例如一个电可擦可编程序只读存储器(E²-PROM)中，并在下一个行驶循环开始之前作为下次适配的起始值使用，如图3用“INIT”标出的箭头362所示。注意：正如DE 103 158 15.4所述，在该处不能用最大电压U_max(见图2)来按前述方法计算电压差ΔU_ist，而是用断路电压阈U_Ab来进行，因为U_max作为一个可用的量在也进行这种调节的公知发动机控制器中是不存在的。但在用断路电压U_Ab时，则可给出电压需要变化的补偿。

为了确保只在电压需要实际存在变化时才进行适配，也就是说，只有在这种情况中，调节器331、332、33n才进行调节，而在诸如由于温度效应、动态运行等等引起的暂时的小偏差的情况下，则不进行调节，为此，在电路单元370中配置了一个触发逻辑电路，该电路监控适配触发的那些典型参数。内燃机和/或喷油阀的这些参数例如是内燃机的温度和/或高压储油管压力和/或电压调节的稳定状态和/或加载时间调节的状态和/或其他的后置调节回路的稳定状态和/或每个工作循环的喷油次数和/或控制持续时间和/或喷油顺序，亦即在一定程度上指的是喷油模式(提前喷油、主喷油、补喷油)。例如是否存在电压调节的稳定状态，可通过数值U_sollkorr与U_Regel的比较来验证。只有当U_sollkorr与U_Regel一致时，电压单元370才触发比例积分调节器331、332...33n，所以可进行电压差ΔU_ist与ΔU_soll的上述适配，并由此可进行电压需要变化的适配。

反之，如果查出执行器电压调节不稳定时，即U_sollkorr与U_Regel有偏差时，则通过电路单元370断开比例积分调节器331，332，...33n，于是校正值S1，S2，...Sn保持不变，即在一定程度上被冻结。用迄今为止获得的值S1，S2，...Sn继续在开关点341/342上进行电压额定值的校正。校正值的这种“冻结”是可能的，因为喷油器变化是很缓慢的。

上述方法可首先在一个工作点(蓄压管压力)上进行，并把获得的校正值用于全部工作点。为了提高精确度，该方法也可在多个不同的工作点(蓄压管压力)上进行。

此外，要强调说明一点：单个喷油器校正值S1，S2，...Sn的比较是测定电压需要与正常值的偏差，用一个预定的阈值可附加地用于诊断目的。按此方式可诊断执行器2、联接器4和由关闭元件12组成的整个系统。

Claims (5)

1.确定至少一个喷油器的压电执行器的控制电压的方法，该喷油器用于把一定量的液体在高压作用下喷入一个内燃机的燃烧室中，其中控制电压依赖于加到液体上的压力而变化，

其特征为，对于每一个喷油器来说，通过对断路电压阈值和稳定的端电压之间的电压差进行调节而将所述电压差调节到针对一个工作点而言的预定的额定值，从而来调节该喷油器的控制阀的预定冲程所需的控制电压的变化。

2.按权利要求1所述的方法，其特征为，调节在具有内燃机的汽车的一个行驶循环过程中进行，并把在该行驶循环中确定的校正值存入一个非易失的存储器中。

3.按权利要求2所述的方法，其特征为，在下一个行驶循环中，这些存储在非易失的存储器中的校正值作为所述下一个行驶循环调节的起始值使用。

4.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征为，调节的触发是依赖于下列参数中的一个或多个来实现的：内燃机的温度、蓄压管压力、喷油次数、喷油顺序、后置调节设备的调节误差。

5.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征为，针对不同的工作点确定所述调节，并把校正值存储在校正特性曲线族中。

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