CN101010503A - 用于确定闭合元件的闭合时间的方法和电路装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于确定阀门的闭合时间的方法，所述阀门由压电致动器操作。为了检测闭合时间，检测压电致动器上的电压，并且计算出所检测的电压相对于比较曲线具有最大差值的时间点。在测量曲线的开始和结束点之间形成差值曲线，所述测量曲线包含处在压电致动器上的电压值。通过这种方式可以精确地确定闭合时间。

Description

用于确定闭合元件的闭合时间的方法和电路装置

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于确定闭合元件的闭合时间的方法以及一种按照权利要求5的前序部分所述的用于确定闭合元件的闭合时间的电路装置。

在汽车技术的范围中，在液压控制喷射系统(例如泵喷嘴系统)中使用阀门，所述阀门利用压电致动器来操作。对于液压控制喷射系统，用于调节液压压力的阀门的闭合时间的确定是重要的参数，其中必须精确地测量和控制所述参数。

根据DE 199 30 309 C2公知一种用于在喷油阀情况下利用压电元件致动器来调节喷射量的方法和装置。所述喷油阀具有控制腔，其位于高压存储器中并且与控制阀相连接。在控制腔中存在的压力作用于具有喷嘴针的可移动的喷管体，用于打开和闭合喷射孔。为了打开喷油阀，控制阀由压电致动器操作。压电致动器上的电压在其最初充电之后就被检测，并且根据所测量的电压确定喷射开始和/或喷油阀的针开启时间。

本发明的任务在于，提供一种鲁棒和精确的方法，用于确定压电驱动阀门的闭合元件的闭合时间。此外，本发明的任务还在于提供一种电路装置，利用所述电路装置能够以简单的方式来确定由压电致动器驱动的阀门的闭合时间。

本发明的任务通过按照权利要求1的方法和通过按照权利要求5的电路装置来解决。

本发明的其他有利实施形式在从属权利要求中给出。

本发明方法的优点在于阀门的闭合时间能够精确地被确定。根据本发明，为了确定闭合时间，在测量间隔的开始点和结束点之间设置一条比较直线，并且在该测量间隔内施加于压电致动器上的电压被检测。在所测量的电压值和比较直线之间确定差值，并且在该差值在测量间隔内具有最大值的时间点上识别闭合时间。

在一种优选的实施形式中，所测量的电压值被进一步处理为平方量。由此能够精确地检测所述闭合时间成为可能。

在另一优选的实施形式中，只有当差值超过所确定的比较值，闭合时间才被识别。通过这种方式避免为未闭合的阀门检测闭合时间。

在本发明方法的另一优选的实施形式中，只有当测量间隔的差值之和超过所确定的比较和时，闭合时间才被识别。该另外的前提也用于准确地识别闭合时间。

下面，根据附图更详细地描述本发明。

图1示出喷油阀的示意图，所述喷油阀根据泵喷嘴原理被构造；

图2示出用于确定闭合时间的示意性程序流程；

图3示出在阀门在闭合过程期间处于致动器上的电压的测量曲线；

图4示出具有参考曲线的测量曲线；

图5示出差值曲线，其由测量曲线和参考曲线形成；以及

图6示出电路装置的详细表示，所述电路装置被用于检测闭合时间；

图1示意性地示出泵喷嘴单元的结构。泵喷嘴单元用于将燃油输送到内燃机的燃烧室1中。泵喷嘴单元具有泵2，所述泵2经由在汽缸4中被引导的活塞3来压缩燃油。活塞3直接或者间接地经由内燃机的未示出的凸轮轴来驱动。在汽缸4中，邻接于活塞3构造有第一压力室5。该第一压力室5经由燃油管路6与阀门7连接。该阀门7用于关闭燃油管路6或者将燃油管路6与低压区域8相连接。压力室5此外经由第二燃油管路9与喷射室10相连接。在喷射室10中布置有喷嘴针11，所述喷嘴针的闭合面被分配给密封座41。该密封座41被布置在喷射孔12和喷射室10之间。在喷射室10的上面区域中，喷嘴针11具有压力面13。通过压力面13由喷射室10中的燃油压力与密封座41的闭合方向相反地对喷嘴针11向外预加应力。通过压杆14由弹簧元件15朝向密封面41对喷嘴针11预加应力。

阀门7具有闭合元件16，其被分配给阀门密封座17。闭合元件16与压电致动器18处于有效连接，所述压电致动器由控制器19控制。

如果阀门7打开，则活塞3在向上抽吸运动时经由低压区域8、阀门7和燃油管路6将燃油抽吸到压力室5中。为此低压区域8与燃油箱连接。在活塞3向下压缩运动时，燃油在打开的阀门7的情况下又被压回到低压区域8中。燃油管路、喷射室10和第二燃油管路9完全被力充满。

为了启动喷射，在活塞3向下运动的压缩冲程时，通过控制器19和压电致动器18关闭阀门7。因此，由活塞3压缩的燃油不会通过低压区域8漏出，而是在喷射室10中产生更高的压力。该更高的压力将喷嘴针11从所分配的密封座41上提起。因此，燃油从喷射室10经由喷射孔12被送到内燃机的燃烧室1中。如果阀门7被打开、也即通过压电致动器18将闭合元件16从所分配的密封座17提起，则燃油管路6中的燃油压力下降，并且由此喷射室10中的燃油压力也下降。因此，喷嘴针11又被压向密封座，并且喷射室10和喷射孔12之间的连接被闭合。由此结束喷射。

为了精确地确定利用闭合元件16将阀门7又压向阀门密封座17的时间点，对处于压电致动器18上的电压进行分析。通过电压线20由控制器19对压电致动器18供应电压。此外，控制器19通过电压导线20检测处于压电致动器上的电压。因此，控制器19不仅具有电压源，而且还具有电压表。此外，控制器19与数据存储器42连接。

阀门7按以下方式被构造，即在压电致动器18的不供电状态中闭合元件16从阀门密封座17被提起，并且因此阀门7打开。

图2示出用于执行该方法的示意性程序流程。在程序点50处，控制器19检测不同的运行状态、例如内燃机的转数和驾驶员期望，并且随后确定喷射的开始和喷射的持续时间。对此，控制器19存取在数据存储器42中所存储的相应数据和特性曲线。在紧接着的程序点51处，控制器19将相应的电压经由电压线20施加到压电致动器18上。随后在活塞3的压缩冲程期间，压电致动器18延伸并且将闭合元件16压向阀门密封座17。在紧接着的程序点52中，控制器19与将电压施加到压电致动器18上同时地监控处在压电机构18上的电压。对此，控制器19以确定的时间间隔检测处在致动器18上的电压。在图3中示出具有相应的测量曲线的曲线图。

图3示出测量曲线，该测量曲线基于所检测的电压值得出并且由控制器19存储在数据存储器42中。

在紧接着的程序点53中，控制器19在该测量曲线中确定测量间隔的开始点TS和结束点TE。该开始点TS优选地被预先调节，并且位于对压电致动器供电开始之后的确定的时间。结束点同样优选地被预先调节，并且位于对压电致动器供电开始之后的确定的第二时间。此外，控制器19在紧接着的程序点54中计算开始点的测量值和结束点的测量值之间的比较直线。在紧接着的程序点55中，控制器19为在开始点和结束点之间的测量间隔中的每个所测量的电压值确定相对于参考曲线的相应值的差值。对此，使属于相同时间点的所测量的电压值和参考曲线的值彼此相减。控制器19将差值存储在存储器21中。

图4示出画入开始点TS和结束点TE的相应测量曲线图。此外，以具有星号的线示出比较直线VG。以十字形记号和近似线MW的形式示出压电致动器的由控制器19所检测的电压值。

代替所测量的电压值，控制器19优选地使用平方电压值，因为由此能够更精确地确定闭合时间。

在紧接着的程序点56中，控制器19确定在测量间隔内所测量的电压值和参考曲线的时间一致的值之间的最大差值，并且把出现最大差值的时间点分配给阀门7的闭合时间点。在图4的图示中同样画入闭合时间点TF。

在图5中示出所测量的电压值和比较直线的在时间上的值之间的差值，其中所述差值是根据平方电压值确定的。

在一种优选的实施形式中，在程序点56之后，附加地在紧接着的程序点57处检验：所计算的最大差值是否位于所确定的比较值之上。如果该比较得出最大差值不位于所述比较值之上，则阀门7的闭合时间不被识别。所确定的比较值例如事先根据实验被确定。通过这种方式，在确定闭合时间时能够滤出阀门7的故障。

在本发明的另一优选实施形式中，或者附加地在程序点57处，或者代替程序点57而在紧接着的程序点58处，由控制器19形成差值的和，并且将其与一比较和进行比较。如果比较得出所述差值的和小于所述比较和，则阀门的闭合时间同样不被识别。所述比较和同样优选地根据实验确定，并且用于在确定闭合时间时滤出阀门的故障，在所述阀门的故障时阀门不闭合。将所述差值的和与所述比较和进行比较能够滤出负的差值，其中在所述负的差值时所测量的电压位于比较直线之上，然而并不对应于阀门的闭合。优选地根据实验针对相应的泵喷嘴单元来确定比较和。

图6示出电路装置的详细图示，所述电路装置优选地被构造在控制器19中。

在压电致动器18上所检测的电压经由输入端21和线性化部件22被输送给开关23的第二输入端。在线性化部件22中，求所检测的电压值的平方，并且经由输出端被输送给开关23的第二输入端。开关23的输出端与第一计算块24相连接。第一计算块24限制对电压进行检测的检测范围。此外，设置有开始块25和结束块26，其利用信号线分别与第一计算块24的一个输入端相连接。开始块25包含由控制器19所确定的测量开始时间点。所述开始时间点被转交给第一计算块24。结束块26包含同样由控制器19所确定的测量结束时间点。该结束时间点被转交给第一计算块24。在检测测量曲线时，具有大量测量值(也即电压值)的整个喷射过程被检测。例如检测40个测量值，所述测量值具有确定的时间间隔，并且利用连续的索引进行编号。根据开始时间、所确定的时间间隔和索引可以确定测量的时间点。第一计算块24把由开关23输入的电压值经由第一输出端27转交给第二计算块29，所述电压值表示如在图4中所示的整个测量曲线。第二计算块29根据所输入的在测量间隔内的电压值计算出电压参考值，所述电压参考值是根据图4的比较直线。第二计算块29经由输入端将该电压参考值转交给加法单元30。此外，具有负符号的测量曲线的线性化的或者未线性化的电压值从开关23被输送给加法单元30。在加法单元30中，形成测量曲线的时间一致的电压值和参考电压值的差值，所述差值经由加法单元30的输出端被输送给第三和第四计算块31、32的输入端。

在第三计算块31中，在通过开始时间点和结束时间点所确定的测量间隔内确定最大差值，并且经由输出端输送给第五计算块34。在第五计算块34中，根据最大差值的索引来计算最大差值的时间点以及从而计算阀门的闭合时间，并且经由输出端转交给控制器19。对此，在分配表中的时间值被分配给每个索引。第三计算块31的第二输出端35将最大差值交给比较装置36。另外，设置在其中确定最小比较值的第一存储区37。最小比较值根据实验被得出。第一存储区37预先给定最小电压差值，所述最小电压差值被输送给比较装置36的第二输入端。比较装置36比较：最大差值是否大于或者等于所述最小差值，并且如果满足该条件，则将一信号经由输出端转交给第二比较装置38。

第四计算块32累加在测量曲线的测量间隔内的单个测量点的差值，并且将差值之和经由输出端转交给第三比较装置39。第三比较装置39利用第二输入端与第二存储区40的输出端相连接。在第二存储区40中存储有最小和，所述最小和被输送给第三比较装置39。第三比较装置39将由第四计算块32所计算的差值之和与在存储区40中所存储的最小和进行比较。如果第三比较装置39的比较得出：差值之和大于或者等于最小和，则向第二比较装置38发出信号。如果比较装置38在两个输入端上识别到两个信号，则第二比较装置38将使能信号给予控制信号19，其确认所识别的闭合时间的有效性。

根据所选择的实施形式，也可以省去执行测量值的合理化的单个或者所有比较装置36、39、38。

Claims (5)

1.用于确定阀门的闭合时间的方法，所述阀门具有由压电致动器操作的闭合元件，其中在所述阀门的闭合过程中检测所述致动器上的电压，其中对所述电压进行分析来确定所述闭合时间，

其特征在于，在具有开始和结束点的测量间隔中检测所述电压的电压值，在开始和结束点的电压值之间确定比较曲线，对于多个所测量的电压值计算出在所测量的电压值和所述比较曲线的时间一致的值之间的差值，所述差值最大时的时间点被识别为闭合时间。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，作为平方量的电压值被采用。

3.按照权利要求1或者2之一所述的方法，其特征在于，只有当所述差值超过确定的比较值时，闭合时间才被识别。

4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，闭合时间在以下前提下被识别，即所述差值之和超过确定的比较和。

5.用于确定阀门(7)的闭合元件(16)的闭合时间的电路装置，所述阀门利用压电致动器(18)被压向阀座(17)或者从阀座(17)被提起，所述电路装置具有用于检测电压的第一装置(19)以及具有第二装置(24，29，31，34)，所述第一装置在所述阀门(7)的闭合过程中检测致动器上的电压，所述第二装置分析所述电压以确定所述闭合时间，

其特征在于，设置有第三装置(24，29)，所述第三装置确定具有开始点和结束点的测量间隔；设置有第四装置(29)，所述第四装置在开始点和结束点的测量电压值之间确定比较曲线；设置有第五装置(30)，所述第五装置为所述测量间隔内的多个时间点计算出所检测的电压值和所述比较曲线的时间一致的值之间的差值；设置有第六装置(31)，所述第六装置将存在最大差值的时间点确定为闭合时间。

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