CN101558227B - 用于运行燃料喷射阀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，用于运行燃料喷射阀(10)，尤其是指机动车的内燃机的，其中，燃料喷射阀(10)具有压电促动器(12)用于驱动与促动器(12)优选液压地连接的阀针(13)，并且估计压电促动器(12)的控制电压(U)，用于推断燃料喷射阀(10)的运行状态。根据本发明估计控制电压(U)的第二时间导数和/或依赖于控制电压(U)的第二时间导数的变量(ddu)。

Description

用于运行燃料喷射阀的方法

现有技术

本发明涉及一种方法，用于运行燃料喷射阀，尤其是指机动车的内燃机的，其中，燃料喷射阀具有压电促动器用于驱动与促动器优选液压地连接的阀针，并且估计压电促动器的控制电压，用于推断燃料喷射阀的运行状态。

例如从文件DE 102006003861中已熟知这样的一种方法。在这种方法中检测在压电促动器的触发之后施加在这种促动器上的电压对于给定的电压值的偏差，用于推断燃料喷射阀的喷嘴针的关闭时刻。

发明内容

本发明的任务是，进一步改善上述形式的方法，即得到关于燃料喷射阀的运行状态的更精确的信息。

根据本发明，在上述形式的方法中通过这样解决该任务，即估计控制电压的二阶时间导数和/或依赖于控制电压的二阶时间导数的变量。

发明优点

通过根据本发明估计控制电压的二阶时间导数或者依赖于此的变量，能够精确地推断压电促动器的或者与其连接的阀针的和整个燃料喷射阀的特征性的运行状态。

可以有利地尤其在燃料喷射阀打开期间求得二阶时间导数的过零点(Nulldurchgang)，尤其是指从正值到负值的过零点，用于推断特征性的运行状态。申请人的试验已经得出结果，在燃料喷射阀打开期间在确定的时间之后产生阀针对于压电促动器的反作用，该反作用可以通过所述的压电促动器控制电压的二阶时间导数的过零点确定。这个反作用与燃料喷射阀的特征性的运行状态相一致，因此根据本发明的估计能够精确地监控相应的运行状态。

此外可以特别有利地规定，尤其在燃料喷射阀关闭期间求得二阶时间导数的最大值，用于推断特征性的运行状态。申请人的试验已经得出结果，在燃料喷射阀关闭期间，阀针碰撞到其关闭位置上并且伴随而来的阀针突然制动以上述最大值的形式又产生对于压电促动器的反作用。因此根据本发明的对于这样的最大值的估计能够精确地监测那个时刻，其中阀针达到其关闭位置。

当优选地用固定的采样频率采样压电促动器的控制电压时，并且当从此处获得的采样值中形成依赖于控制电压的二阶时间导数的变量时，就可以实施简单的同时完全特别精确的估计。

特别有利地通过以下公式获得依赖于控制电压的二阶时间导数的变量：

ddu[k]＝(u[k+j]-u[k+1])-(u[k]-u[k-j+1])，

其中，u[k]表示在离散时刻k的用于控制电压的采样值，并且j是给定的常数，例如j＝5适用于该常数。采用上述公式根据本发明求得依赖于控制电压的二阶时间导数的变量是特别简单和可以有效实现的方法，用于采用计算单元获得相关的信息，该计算单元例如设置在用于运行燃料喷射阀的控制器里面。此外申请人的试验已经得出结果，在已采样的信号中由此能够比估计数学上精确的二阶导数时更精确地识别信号过程中的拐点(Knick)。

特别有利地根据控制电压的二阶时间导数和/或依赖于控制电压的二阶时间导数的变量调节燃料喷射阀的运行。其中可以应用根据本发明获得的关于燃料喷射阀的一个或者多个运行状态的信息，为了实现给定的尤其是指在时间上恒定的运行性能和补偿由加工引起的公差、老化效果等等。

为了实现燃料喷射阀的所期望的运行性能，有利地尤其给定充电电流和/或放电电流，尤其是给定用于它们的相应的阈值。

此外可以有利地规定，给定压电促动器充电的充电时间，为了确保，压电促动器对于接下来的控制再充电到相应的额定电压或者输出电压。与之相应地也能够给定放电时间。可选择或者附加地对于给定充电或者放电时间也可以给定确定的控制电压作为断开放电或者充电过程的判据。

只在一个或多个可给定的时间窗中进行估计，由此提高根据本发明的方法的可靠性。

以计算机程序的形式实现根据本发明的方法有特别的重要性，该计算机程序可以在计算机或者控制器的控制单元上运行并且适用于实施该方法。计算机程序可以例如存储在电子储存介质上，其中，储存介质不是例如可以包括在控制器里面。

从接下来的描述中得出更多的优点，特征和详情，在该描述中以图示为参考描述了本发明的不同的实施例。其中，在权利要求中和在描述中提及的特征在发明本质上可以分别单个用于自身或用在任意的结合中。

附图简述

在图示中：

图1以示意性的截面图显示了用于实施根据本发明的方法的燃料喷射阀的实施例，

图2a示意性地显示了从图1中的燃料喷射阀的压电促动器的控制电压的时间过程，

图2b示意性地显示了压电促动器的控制电流的时间过程，

图3a和3b示意性地显示了根据本发明估计的依赖于控制电压的二阶时间导数的变量的时间过程，和

图4a至4d示意性地显示了阀针的针行程的时间过程。

具体实施方式

在图1中描述了机动车的燃料喷射阀10，它配有压电促动器12。正如在图1中通过箭头表示，压电促动器12由控制器20控制。此外燃料喷射阀10具有阀针13，其可以位于在燃料喷射阀10的壳体的里面的阀座14上。

当阀针13从阀座14上升起时，打开燃料喷射阀10和喷射燃料。在图1中描述了这个状态。当阀针13位于阀座14上时，关闭燃料喷射阀10。借用压电促动器12影响从关闭进入打开状态的转变。为此将下面也称为控制电压U的电压施加在促动器12上，该电压引起设置在促动器12中的压电堆叠(Piezostapel)的长度改变，该长度改变本身用于打开或者关闭燃料喷射阀10。

此外，燃料喷射阀10具有液压连接器15。为此在燃料喷射阀10内部存在连接器壳体16，在其中导引两个活塞17，18。活塞17与促动器12连接，并且活塞18与阀针13连接。在这两个活塞17，18之间包含容积19，它将由促动器12施加的力传递到阀针13上。

连接器15由处于压力之下的燃料11包围。容积19同样是用燃料填充的。通过在两个活塞17，18与连接器壳体16之间的导向缝隙可以使容积19在更长的时间间隔中适配于促动器12分别呈现的长度。可是在短时改变促动器12的长度时容积19几乎保持不变并将促动器12的长度改变传递到阀针13。

为了获得关于燃料喷射阀10的运行状态的信息，实施下列描述的根据本发明的方法，例如该方法可以用计算机程序的形式存储在电子存储元件(未显示)上并且可以设置在控制器20中，为了通过控制器20的计算单元来处理。

图2a示意图地显示控制电压U的时间过程，用控制电压控制促动器12，为了引起燃料喷射阀10(图1)的打开和接下来的关闭并且由此引起燃料喷射。

在控制过程的开始t＝t0时，促动器12充电到输出电压U0上，并且由此具有它的最大长度或者最大的促动器行程，以致与促动器12连接的阀针13(图1)位于它的阀座或者关闭位置14上，并且相应地关闭燃料喷射阀10。

促动器12的随后的放电首先引起在时间间隔[tθ，t2]中的控制电压U的下降。在这一时间当中促动器12相应地缩短了，以致阀针13从它的阀座14上移开了。申请人的试验已经得出结果，大约在时刻t2之后，移动的阀针13施加反作用给连接器15并且也由此施加反作用给促动器12，该反作用可以引起在时间间隔[t2，t4]中的控制电压U的暂时的增加。此后持续的放电引起控制电压U的进一步的下降直到时刻t5，该时刻t5表示放电过程的结束。

促动器12的随后的充电从时刻t6起发生，直到时刻t9，其中，阀针13已经在时刻t7重新达到它的阀座14并且相应地强烈地制动。由此产生了阀针13在与它连接的促动器12上的更多的相应的反作用，促动器12的电容由此降低。因此从时刻t8起，即时间t＜t7起，控制电压U比以前更陡斜地增加，尽管对于控制电流I没有产生本质的改变，参见图2b。充电过程在时刻t9时结束，在该时刻控制电压U重新具有它的对于接下来的燃料喷射必须的输出值U0。

根据本发明有利地估计控制电压U的二阶时间导数和/或依赖于控制电压U的二阶时间导数的变量，为了识别在时刻t4中的阀针13的反作用。

优选地用固定的采样频率优选地采样控制电压U，并且从在此获得的采样值u[k]中优选地形成依赖于控制电压U的二阶时间导数的变量ddu。该采样频率可以例如是200kHz。

从各个采样值u[k]中通过以下公式获得依赖于控制电压U的二阶时间导数的变量：

ddu[k]＝(u[k+j]-u[k+1])-(u[k]-u[k-j+1])，

其中，u[k]表示在离散时刻k的用于控制电压U的采样值，并且j是给定的常数，例如j＝5适用于该常数。变量ddu的形成是特别符合目的的，因为它仅仅要求加法或者减法并且可以相应地由控制器20的计算单元快速地和有效地执行。

变量ddu的示意图的时间过程对于燃料喷射阀10的打开过程——参见来自图2a的时间间隔[t0，t5]——在图3a中说明，并且该时间过程对于燃料喷射阀10的关闭过程——参见来自图2a的时间间隔[t6，t9]——在图3b中说明，其中，离散时刻k与在横坐标上说明的时间t相应的值相符合。

正如从图3a中显而易见的，根据本发明观察的变量ddu在时刻t3——也参见图2a——具有从正值到负值的过零点，该过零点在根据本发明的估计的情况下求得或者检查。通过求得这个过零点的时间点t3可以不依赖于磨损现象或改变的运行条件等等求得燃料喷射阀10的特征性的运行状态，根据申请人的试验该运行状态符合阀针13的大约一半的最大行程。

也就是说，变量ddu的过零点的时刻t3不依赖于改变的运行条件和磨损现象地说明那样的时刻，在该时刻上阀针13达到它一半的最大行程。一半的最大行程与控制电压U中的转折点(Wendepunkt)或者变量ddu的过零点在时间上的同时发生认为是燃料喷射阀10的当前描述的设置。促动器行程在控制电压U中的转折点出现时原则上也可以是最大行程的另外的百分比数。

对此类似地，申请人的试验已经得出结果，正如在图3b中描绘的，对于变量ddu在燃料喷射阀10关闭期间产生最大值，该最大值与在时刻t7，t8区域中的控制电压U的拐点相符，参见图2a。也就是说，通过求得变量ddu的最大值出现的时刻t8，可以不依赖于改变的运行条件和磨损现象推断燃料喷射阀10的实际上关闭的时刻，在该时刻中阀针13达到它的阀座14。

因此在估计变量ddu的情况下不依赖于时间上改变的运行条件和老化现象，尤其是指电容的或促动器12，阀座14等的行程能力的运行条件和老化现象，可以不断地确定燃料喷射阀10的相应的运行状态。

特别有利地根据变量ddu或者它的估计调整燃料喷射阀10的运行。由此可以在各自确定的固定的时刻t3，t8调整过零点——参见图3a——的出现或者最大值——参见图3b——的出现，以致实际上也不断地在这些时刻t3，t8调整相应的运行状态。

也就是说，控制电压U的转折点，即时刻t3，和在关闭过程中的拐点处，即时刻t8对于连续的燃料喷射过程——以控制开始tθ为准——可以在时间上均等(Gleichstellung)，由此几乎在燃料喷射阀10的整个使用期限上可以达到阀针13的阀行程的始终不变的时间过程，该过程与相应始终不变的喷射的燃料量相符。因此有效地预防由于促动器12的老化或疲劳和机械磨损引起的喷射的燃料量的流量漂移。

为了实现特征性的运行状态在时间上的均等，可以相应地调节例如充电或放电电流I，图2b。尤其可以根据变量ddu或者它的时间过程调节为充电或放电电流I设定的阈值。

同样地可以调整促动器12在放电之后再充电的充电时间，为了确保促动器12在燃料喷射阀10实际的关闭之后在时刻t8——图2a——还继续充电，直到对于后来的燃料喷射过程必须有输出电压U0。

一般来说可能的是，作为调整特征量应用在根据本发明的方法的应用下求得的运行状态或者在控制电压U的时间过程中的与此相关的拐点或转折点，并且例如与不同的调整变量例如控制开始相联系。优选地可以把在燃料喷射阀10打开期间的控制电压U的转折点与控制开始相联系，并且把在燃料喷射阀10关闭期间的控制电压U的拐点与控制持续时间相联系。

当只在给定的时间窗中估计对于过零点或者最大值的变量ddu，那么就保证了特别可靠地识别燃料喷射阀10的特征性的运行状态。优选根据实际上实现的促动器12控制这样选择时间窗，以致要求得的特征量即过零点或者最大值尽可能单值地在时间窗中出现。例如在图3a，3b中通过弧形的括号用符号表示两个这样的时间窗T1，T2。

图4a在总共4条曲线中简示出阀针13的阀行程h的时间过程，正如在燃料喷射阀打开时，该过程没有应用根据本发明的方法而产生在不同的运行条件或者磨损状态中。正如从图4a中显示易见的，分别根据运行条件或者磨损状态存在着对于阀行程h的十分不同的时间过程，并且由此也存在着相应不同的喷射的燃料量。

正如在图4b中描绘的，在时刻t3的控制电压U的转折点的根据本发明在时间上的均等导致了也在不同的运行条件或者磨损状态时的本质上更一致的阀行程变化过程h。

图4c简示出阀针13的阀行程h的时间过程，正如在燃料喷射阀关闭时，该过程没有应用根据本发明的方法而产生在不同的运行条件或者磨损状态中。正如从图4c中显示易见的，根据运行条件或者磨损状态存在着对于阀行程h的十分不同的时间过程，并且由此也存在着相应不同的喷射的燃料量。

正如在图4d中描绘的，在时刻t8的控制电压U的拐点的根据本发明在时间上的均等导致了也在不同的运行条件或者磨损状态时的本质上更一致的阀行程变化过程h，并且由此导致了尽最大可能地不依赖于不同的运行条件或者磨损状态的喷射的燃料量。

只要在打开状态中的喷射率几乎保持恒定，上述的燃料喷射阀10运行状态在时间上的均等就能够在燃料喷射阀10的整个运行期间或者使用期限上精确地保持要喷射的燃料量。

除了以变量ddu和相应的调整为基础使燃料喷射阀10的特征性的运行状态有利地在时间上均等以外，根据本发明的方法也能够通过调节充电或放电电流I给定所期望的阀针动力学的。

在根据图2a的当前例子中位于时间间隔[t7，t9]中的控制电压U的拐点可以出现在大的控制电流I中，并且根据燃料喷射阀10的液压组件的设置该控制电压U也出现在馈电电流的结束之后，也就是说在图2a中t＞t9时。在这种情况下也可以通过上述的根据本发明的方法识别控制电压U的拐点并且作为调整特征量应用。

根据本发明的方法也可以有利地应用，为了识别燃料喷射阀10的运行状态，在该运行状态中阀针13在打开期间达到行程挡板。该行程挡板(未显示)限制了尤其在最大行程上的阀针13的运动，该最大行程与燃料喷射阀的完全打开的状态相符合。根据申请人的试验，在达到行程挡板时这样改变阀针13对于压电促动器12的反作用，以致控制电压U的时间上的改变经历了与之相应的按比例的大改变。这种改变可以优选地作为控制电压U的二阶时间导数的局部最小值识别，以致在应用根据本发明的方法的情况下能够通过阀针13确定实际达到行程挡板。

因此正如已经结合更多的令人感兴趣的燃料喷射阀10运行状态所描述的那样，在给定相应的调节变量的情况下也可以通过阀针13调整达到行程挡板的时刻，由此提高了在喷射燃料量时的精确性。尤其通过上述的估计与达到针行程挡板相符合的局部的控制电压U的二阶时间导数的最小值也可以以相应的调节途径实现多个燃料喷射阀10的阀针13达到针行程挡板在时间上的均等。

在先前描述的实施例中，在时刻t5结束用于打开燃料喷射阀10必须的压电促动器12的馈电电流，参见图2b。从这个时刻t5起阀针13首先继续在打开方向上移动到行程挡板，并且施加压力给压电促动器12，该压力直接在时刻t5之后导致了控制电压U的增加，参见图2a。一旦阀针达到它的行程挡板，在时刻t6通过对压电促动器12重新馈电电流使控制电压重新增加以前，控制电压就基本保持恒定。

根据燃料喷射阀10的或者它的液压组件的形成通过根据本发明的方法也可以识别也许出现的更多的运行状态，它们与控制电压的特征性的改变相关联，并且该运行状态的实际的时间上的出现可以有利地采用相应的调整方法的内容，优选地以关于多个燃料喷射阀10的均等为目的。

Claims (15)

1.一种用于运行燃料喷射阀(10)的方法，其中，所述燃料喷射阀(10)具有压电促动器(12)用于驱动与所述促动器(12)连接的阀针(13)，并且估计所述压电促动器(12)的控制电压(U)，用于推断所述燃料喷射阀(10)的运行状态，其中，估计所述控制电压(U)的二阶时间导数和/或依赖于所述控制电压(U)的二阶时间导数的变量(ddu)，其特征在于，根据对所述控制电压(U)的二阶时间导数和/或依赖于所述控制电压(U)的二阶时间导数的所述变量(ddu)的估计，调整所述燃料喷射阀(10)的运行，其中，将所述控制电压(U)的二阶时间导数的和/或依赖于所述控制电压(U)的二阶时间导数的所述变量(ddu)的转折点和/或最值调整到相对于控制开始的恒定时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述燃料喷射阀(10)打开期间，求得二阶时间导数的过零点，用于推断特征性的运行状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，求得所述二阶时间导数的从正值到负值的过零点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述燃料喷射阀(10)关闭期间，求得二阶时间导数的最大值，用于推断特征性的运行状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采样所述控制电压(U)，并且从在此处获得的采样值(u[k])中形成依赖于所述控制电压(U)的二阶时间导数的所述变量(ddu)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用固定的采样频率采样所述控制电压(U)。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过以下公式获得依赖于所述控制电压(U)的二阶时间导数的所述变量(ddu)：ddu[k]＝(u[k+j]-u[k+1])-(u[k]-u[k-j+1])，其中，u[k]表示在离散时刻k的用于所述控制电压(U)的采样值，并且j是给定的常数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，j＝5适用于该常数。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最值是最大值。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，给定充电电流和/或放电电流，其中所述压电促动器(12)利用该充电电流和/或放电电流进行充电和/或者放电。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，给定用于所述充电电流和/或放电电流的相应阈值。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，给定所述压电促动器(12)充电的充电时间。

13.根据先前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，只在一个或多个可给定的时间窗(T1，T2)中进行估计。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料喷射阀(10)是机动车内燃机的燃料喷射阀。

15.一种用于机动车内燃机燃料喷射阀(10)的控制器(20)，其特征在于，该控制器设计成用于执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。

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