CN101238281B - 用于控制内燃机喷射系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制内燃机的喷射系统的方法，其中燃料喷射借助于至少一个压电的执行器(120)进行，该执行器直接或经转换地作用到喷射器的喷嘴针(115)上，并且其中确定执行器操作的触发电压取决于燃料喷射的压力波影响进行修正，其特征在于：施加在喷嘴针(115)上的通过喷射引起的压力波通过测量在喷射间歇期间的执行器电压求出，并且随后的喷射的执行器电压相应于喷嘴针上的压力波进行调整。

Description

用于控制内燃机喷射系统的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制内燃机喷射系统的方法和装置。
背景技术
在尤其是自燃的内燃机的现代的高压燃料喷射系统中，燃料喷射通过压电的执行器进行控制，它通常首先触发一个伺服阀。该阀的开关状态然后又影响控制腔中的压力，该压力或者打开或者关闭喷射阀。但是将来越来越多采用这样的喷射器，其中执行器在放弃伺服阀的情况下直接地或者经转换地地作用到用于燃料喷射的喷射器的喷嘴针上。
在此所涉及类型的种非常广泛的在DE 10002270C1中描述的喷射系统是所谓的“蓄压管喷射系统”，其中燃料在其输送给各个喷射器之前在一个高压存储器(蓄压管(Rail))中进行中间存储。
在此燃料的喷射经常通过一定数量的分喷射实现，它们实现了混合物准备的改善并且从而引起尤其较小的内燃机废气排放、使得燃烧时产生较小的噪音以及内燃机的功率输出提高。在此尤其值得期望的是，在每两次分喷射之间的时间间隔可以没有限制地改变。
在燃料喷射时并且尤其是在所谓的多次分喷射时，各喷射量的精度具有巨大的意义。但是现在同时已知的是，借助于这种蓄压管喷射系统的喷射器的每次喷射引起设置于该喷射系统中的从蓄压管到有关喷射器的输入管中的燃料压力的扰动，以及在这样的喷射器本身中从邻接于蓄压管的高压接头到喷射器的喷嘴针的燃料压力的扰动。另外喷嘴针的关闭导致压力上升。压力扰动和压力上升的组合然后导致一个优选在蓄压管与喷射器之间出现的燃料压力波。该压力波尤其是导致相应喷入的燃料量的不期望的波动，其中这种压力波效应甚至在喷射器的喷嘴针的针速度上升时加强，使得对它的关注尤其是也在将来的喷射系统中越来越有意义，其中高速的压电调节器用作为相应喷射器中的喷嘴针控制装置的喷射执行器。
所述压力波影响随着相应相邻喷射之间的时间间隔的增加而下降。因此对相应随后喷射的喷射量的影响随着时间间隔的增加而降低，并且对于足够大的时间间隔近似于无干扰的量，它通过时间上隔绝的喷射得到。
因为所述压力波效应严格地说是系统的特性，而且基本上取决于参与的喷射的时间间隔、喷入的燃料量、液压的燃料压力以及在液压相关的管路系统中的燃料温度，所以它们可以通过马达控制仪器中的合适的触发函数进行修正。所以例如由德国公开文件DE 10123035A1已知的用于将所述压力波影响降低到最低限度的措施在于，测量对相应喷射器的喷射量的影响并且例如在预调节喷射系统的触发数据时考虑测量结果。在此，所述触发数据的相应修正基于一系列此前凭经验或者试验求出的燃料量波，其作为每两次或者必要时甚至更多次分喷射之间的时间间隔的函数。在此，上述压力波补偿将测量于基准系统的对随后喷射的量影响存储在特性曲线族中，并且然后在内燃机运行时间通过相应改变相应随后的喷射的通电持续时间即随后的喷射的触发持续时间来补偿所述影响。上述在现有技术中通常的处理方式原则上在于求出所述的量波。由此求出的加量或减量存储于所述的特性曲线族中并且在蓄压管控制程序的运行时间上通过在发动机控制的量路径中相应扣减(In-Abzug-Bringen)来补偿。
但是这种算法仅在具有必要精度的完全线性的量换算或者触发持续时间特性曲线族时才起作用。相反如果在所述特性曲线族中出现非线性(例如斜率改变等)，那么所采用的算法在压力波补偿时引起系统误差。
为了也排除这些缺陷，本申请人的未公开的申请号为DE 102004014367的申请建议，所述压力波补偿取代所述的量波在触发持续时间波的基础上进行。提言之，触发持续时间在认识相应的触发持续时间波时如此改变，使得达到期望喷射量。
所述方法尤其是用在这样一些喷射器中，其中作用到喷嘴针上的关闭力通过伺服阀传递。在这样的喷射器中，喷嘴针可以仅通过伺服阀的开关状态进行影响，即基本上以数字形式仅仅打开或关闭。相反作用到喷嘴针上的力的改变是不可能的。在具有直接的针控制装置的喷射器(CRI-PDN)中，压电的执行器直接或经转换地通过一个机械的或液压的联接器作用到喷嘴针上。在这些执行器中，执行器和联接器被较大的处于蓄压管压力下的燃料体积包围。由于在该区域内的显著的容积，由于喷射在该执行器腔与蓄压管之间形成的压力波动具有小的幅值。但是每次喷射触发喷嘴座上的压力波动。这种波动虽然幅值小于传统的借助于伺服阀操作的喷射器中的情况，但是为此波动频率相对较高。这导致，紧接着一次喷射，例如紧接着一次预喷射，在针座上的确定喷嘴打开力的压力和在联接器、例如在液压的联接器中的确定喷嘴针关闭力的压力之间的压力差受到高频波动。在图2中示出了在针座上的对于打开喷嘴所需的在联接器中的压力下降的压力以及触发电压和紧接着这样的执行器的预喷射之后的为打开喷嘴所必需的压力下降。至今如图2所示通常的是，执行器在触发间歇中始终加载到一个必要时取决于蓄压管压力的电压。在触发持续时间期间，压电的执行器的电压相反下降。因此喷嘴针关闭力下降，并且只要其低于喷嘴针打开力，则开始打开喷嘴针。上述压力波动尤其是在紧密地彼此接连的喷射时显著地影响喷射量。在恒定的触发持续时间时由两个彼此接连的喷射过程喷入的第二次喷射的量Q取决于喷射的时间间隔tdiff在此显著发生波动。在此由于压力波动的高频也出现喷入的量的高的梯度dQ/dtdiff，由此明显损害控制仪器中的压力波补偿的精度。
另外将喷嘴针压到其座上的机械关闭力紧接着一次喷射之后受到振动，该振动导致喷射器运行时喷嘴座的磨损提高。
在从蓄压管到相应喷射器的输入管中的压力波的影响可以单纯原理上如下降低，即在从蓄压管到喷射器的输入管中安上一个节流器。由此同时避免可能的对于高压回路有害的一直延续至喷射器的压力峰。在此压力波修正可以基于在输入管中出现的蓄压管压力。但是在此对于每个缸需要在相应输入管中有压力传感器。需要的压力传感器的数量相同于缸数。这样多的压力传感器产生高的成本和明显的安装耗费。
发明内容
因此本发明的任务在于如下改进开头所述类型的方法和装置，使得用尽可能小的安装耗费和小的成本实现改善的压力波补偿。尤其是应该放弃用于检测蓄压管压力的压力传感器。
上述任务通过按本发明的方法和装置解决。在按本发明的用于控制内燃机的喷射系统的方法中，燃料喷射借助于至少一个压电的执行器进行，该执行器直接或经转换地作用到喷射器的喷嘴针上，并且其中确定执行器操作的触发电压取决于燃料喷射的压力波影响进行修正，其特征在于：施加在喷嘴针上的通过喷射引起的压力波通过测量在喷射间歇期间的执行器电压求出，并且随后的喷射的触发电压相应于喷嘴针上的压力波进行调整。在按本发明的用于控制内燃机的喷射系统的装置中，燃料喷射借助于至少一个压电的执行器进行，该执行器直接或经转换地作用到喷射器的喷嘴针上，并且其中确定喷入的燃料量的触发电压取决于燃料喷射的压力波影响进行修正，其特征在于用于求出在喷射间歇期间出现的执行器电压曲线并且用于根据检测的执行器电压调整随后的喷射的触发电压的电路单元。
本发明所基于的构思在于，包括直接的针控制装置的喷射器本身用作为用以检测施加在喷射器的针上的压力波的传感元件。为此采用压电执行器的传感效应。因为包括直接的针控制装置的喷射器(CRI-PDN)在喷射间歇中或者在触发持续时间之间的时间间隔中被充电，所以由于在喷射器中改变的燃料压力即喷射压力的改变的力作用引起的每次长度改变可以通过测量执行器电压的改变进行确定。
优选执行器电压的测量在喷射结束之后开始并且随着随后的喷射开始而结束。除了执行器电压，也测量蓄压管压力和燃料温度以及检测两次喷射的时间间隔和触发持续时间。压力波本身通过测量压力波的幅值、尤其是峰-峰-值和/或测量执行器电压的过零进行确定。
通过这种方式通过测量确定的触发电压优选作为在动态中断中求出的蓄压管压力、燃料温度、两次喷射的时间间隔以及触发持续时间的函数存储在内燃机的控制装置中的一个特性曲线族空间或者矩阵中，并且随后的喷射的触发电压相应于这样求出的压力波进行调整，并且用于下一次喷射的触发持续时间的数值相应地进行修正。
该方法的特点在于非常精确的压力波修正，其考虑样本发散、老化效应、高压回路的漂移效应直至与喷入相关的燃料压力和燃料影响，而不需在通向喷射器的每个高压管中有附加的压力传感器。
本发明另外涉及一种用于控制在此有关的按上述方式的喷射系统的装置，其在优选的结构中具有一个电路单元，用于求出在喷射间歇期间施加在喷嘴针上的执行器电压以及相应于检测的执行器电压调整随后的喷射的触发电压。
附图说明
下面借助于优选的实施例并且参考附图详细解释本发明，由此得出本发明的其他特点、特征和优点。其中：
图1显示适用于本发明的、在现有技术中已知的、包括直接的针控制装置的喷射器的示意图；
图2显示在针座上的压力、在联接器中的为打开喷嘴所必需的压力下降、紧接着按照由现有技术已知的用以触发包括直接的喷嘴针控制装置的喷射器的压电执行器的方法的喷射的触发电压和为了打开喷嘴所必需的电压下降；
图3示意显示用于借助于修正的触发电压触发压电执行器的装置的方框图。
具体实施方式
对于理解本发明所必需的包括直接的喷嘴针控制装置的喷射器的构件，如其由本申请人的申请号为DE 102004014367的未公开的申请已知的，本申请引用该文件，具有一个喷嘴体100，喷嘴针110克服弹簧115的复位力沿喷嘴体100的轴向方向可运动地在该喷嘴体中引导。
喷嘴针110由一个压电的执行器120经由一个液压的联接器直接操作，即不中间连接控制阀，如在由现有技术已知的喷射器中就是这种情况。液压的联接器具有一个执行器侧的转换活塞130，其经由一个间隙135作用到喷嘴针110上。
喷嘴针110由一个喷嘴侧的高压腔140包围。执行器120和液压的联接器130由一个执行器侧的高压腔150包围，该高压腔150被填充处于蓄压管压力下的燃料。由于在该区域内的显著的容积，由于喷射而在执行器侧的高压腔150与高压存储器(Rail)之间形成的压力波动具有小的幅值。每次喷射都触发在喷嘴针110的座160上的压力波动。由于这种波动，不仅喷入的燃料量不准确，它也导致喷嘴针110和喷嘴座160的磨损，因为喷嘴针110在喷射间歇中被加载了脉冲的力，其作用到喷嘴座160上，因此喷嘴针110在喷嘴座160上一定程度上“振动”。
这些压力波动在此通过在执行器120的喷射间歇期间高频的连续的测量如下地测量，即测量施加在执行器120上的触发电压U间歇。这种测量随着喷射结束而进行，并且随着随后的喷射开始而结束。通过在喷射间歇期间测量触发电压U间歇，同时也一次测量测量参数蓄压管压力、燃料温度。在这种蓄压管系统中的喷射时间的确定典型地在所谓的静态的和动态的中断中进行。在相应缸的静态中断中，计算下一次(下几次)的喷射的触发开始。在动态的中断中，在考虑控制仪器的控制器的计算运行时间和硬件运行时间的情况下，尽可能近地在触发开始之前计算相应喷射的触发持续时间。作为触发持续时间的计算基础的参数是蓄压管压力、期望的额定量和压力波修正函数的初始值。压力波动用最小数量的数据进行描述。它通过寻找峰-峰-值和/或通过寻找过零来求出。
在动态的中断中，测量/确定蓄压管压力、燃料温度、与前一次喷射的喷射间隔以及前一次喷射的触发持续时间，并且存储为例如一个特性曲线族空间或者矩阵的输入参数，其维数相当于输入参数的数量。特性曲线族空间或矩阵的数值构成相乘的修正，用于在动态中断中测量的蓄压管中的燃料压力，该燃料压力例如通过一个蓄压管压力传感器测量；或者用于测量的在执行器中的燃料压力，该燃料压力通过在喷射间歇U间歇期间测量触发电压求出。在随后的喷射中可预期的燃料压力的求出的数值通过前面发生的喷射的存储的数值的一定程度上的外推进行确定。为此借助于测量参数蓄压管压力、燃料温度、与前一次喷射的喷射间隔、前一次喷射的触发持续时间，从研究的压力波动中求出它们当前重要的特征参数，例如压力波的波长、相位和峰-峰-值。在动态中断的时刻测量的在蓄压管中的燃料压力或者测量的在执行器中的燃料压力描述压力波的位置。因为下一次喷射开始是确定的，所以通过动态中断至喷射开始的间隔和压力波的精确认识即其波长、相位和峰-峰-值，可以确定在到来的喷射时刻的燃料压力，并且通过这种方式计算为达到期望的喷射量所必需的触发持续时间。这借助于图3所示的电路单元实现，其作为输入参数为电压U间歇，该电压对应于在针座上的压力P针座。由该参数计算与触发电压的预定值U额定，a的偏差，并且累加该数值，由此得到一个新的触发电压U额定，n，其最后被施加给压电的执行器120。
因此触发电压的调整在事先求出的并存储于控制仪器中的压力波动的基础上进行，它们必要时还计算地实时地适配于相对于原始计算发生改变的参数。
本发明也可以考虑传递到载荷控制的系统上。在此所有电压值、额定值和实际值通过载荷值、额定值和实际值代替。

Claims (10)

1.用于控制内燃机的喷射系统的方法，其中燃料喷射借助于至少一个压电的执行器(120)进行，该执行器直接或经转换地作用到喷射器的喷嘴针(110)上，并且其中确定执行器操作的触发电压取决于燃料喷射的压力波影响进行修正，其特征在于：施加在喷嘴针(110)上的通过喷射引起的压力波通过测量在喷射间歇期间的执行器电压求出，并且随后的喷射的触发电压相应于喷嘴针上的压力波进行调整。
2.按权利要求1的方法，其特征在于：执行器电压的测量在喷射结束之后开始并且随着随后的喷射开始而结束。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于：除了执行器电压之外，测量蓄压管压力和/或燃料温度以及考虑两次喷射的时间间隔和/或触发持续时间。
4.按权利要求1的方法，其特征在于：压力波通过测量执行器电压的幅值和/或过零确定。
5.按权利要求1的方法，其特征在于：通过测量执行器电压求出的压力波作为在动态中断中求出的蓄压管压力、燃料温度、两次喷射的时间间隔以及触发持续时间的函数存储于内燃机的控制装置(310)中的特性曲线族空间或者矩阵中，并且随后的喷射的触发电压相应于求出的压力波进行调整。
6.按权利要求5的方法，其特征在于：触发电压在计算上实时地适配于相对于前次计算改变的参数。
7.用于控制内燃机的喷射系统的装置，其中燃料喷射借助于至少一个压电的执行器(120)进行，该执行器直接或经转换地作用到喷射器的喷嘴针(110)上，并且其中确定喷入的燃料量的触发电压取决于燃料喷射的压力波影响进行修正，其特征在于用于求出在喷射间歇期间出现的执行器电压曲线并且用于根据检测的执行器电压调整随后的喷射的触发电压的电路单元(310)。
8.按权利要求7的装置，其特征在于：所述电路单元(310)是内燃机的控制仪器的一部分。
9.按权利要求7或8的装置，其特征在于：修正的触发电压通过电路单元(310)可以实时地适配于相对于前面的计算改变的参数。
10.按权利要求7的装置，其特征在于：所述至少一个压电的执行器(120)机械或者液压转换地作用到喷嘴针上。
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