CN102016272A - 用于控制燃料喷射器中的压电执行器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制方法，其中在执行器底板(7)与操纵部件(3)之间调节预定的空行程(h0)，该空行程取决于在控制之前执行器底板(7)的预定的起始位置。为了稳定有波动的起始位置，进而提高喷射精度，提出：在喷射之前不久控制压电执行器(1)，使得按规定进行预先偏移，从而执行器底板(7)在接下来的喷射之前处于很少有波动的新的起始位置。为了引起预先偏移，给压电执行器(1)反向通电，使得执行器底板(7)拉回到规定的新的起始位置。
Description
本发明涉及一种用于控制燃料喷射器中的压电执行器的方法，其中可电控制的压电执行器将纵向运动(行程)传递至操纵部件，其中在执行器底板与操纵部件之间调节预定的空行程，该空行程取决于在控制之前执行器底板的预定的起始位置。
这种方法例如由DE 199 05 340 C2已知。
在给内燃机供应燃料时，使用储存式喷射系统，其中以高喷射压力和快速的切换速度进行工作。在这种系统中，使用高压泵将燃料输入到高压储存器中，借助于燃料喷射器将燃料从高压储存器喷入到相应的气缸中。燃料喷射器具有喷射阀，喷射阀被伺服阀打开和关闭，以便确定喷入到燃烧室中的时间过程。伺服阀被电控制的压电执行器操纵，该压电执行器通过施加电压而引起纵向延展。这种纵向延展传递到伺服阀上，伺服阀又控制着喷射阀。为了能使得处于μm范围内的压电执行器纵向延展适宜于操纵伺服阀，例如机械地通过安置在燃料中的传动杆(Hebelübersetzer)或者液压地通过压力室来增强这种纵向延展。
为了能实现对于优化燃烧过程所需要的快速的切换速度和燃料喷射器的较小的喷射量，需要非常精确地调节喷射器。这特别适合于在压电执行器与操纵部件(伺服阀)之间产生的喷射器中的空行程。
尽管在大多数应用中，根本目标在于还几乎使得压电执行器的整个行程都用于调节部件的机械运动，因为结构尺寸随着所需要的行程而增大。这导致在压电执行器与操纵部件之间的间隙(空行程)要尽可能地小。另一方面，必须始终都要提供(vorhalten)执行器与操纵部件之间的空行程形式的最小间隙，以避免在工作中出现功能失误和保证喷射器的工作可靠性。因此，如今实际上通常的做法是，在安装执行器和操纵部件时调节空行程，使得所要求的最小间隙在不利的条件下也能存在，且尽可能过地考虑到公知的老化效应(运转、安置等)。
基于用于调节阀的压电执行器与传动部件之间空行程的通常在安装时一次性实施的方法，由上述专利文献还已知一种用于在压电执行器工作期间调节和跟踪预定的空行程的方法。在此给压电执行器的至少一部分压电元件供应直流电压，直流电压引起压电执行器独立于控制电压发生长度变化，通过这种长度变化来补偿由于老化效应和热效应而改变的空行程。
然而申请人已确定，除了这种会引起相对于压电执行器的动态工作非常缓慢的空行程变化的样本离差(Exemplarstreuung)外，还会出现快速的空行程变化，这种快速的空行程变化公知地取决于动态的最近已发生的情况即以前的喷射。这里所基于的事实是，空行程共同决定于喷射之前的执行器底板位置，该位置因而共同决定着喷射器的喷射特性。稳定的执行器底板起始位置因而是可再现的稳定的最小量喷射的前提。然而特别是在多次喷射时，作为起始位置会产生不同的底板位置，这又使得最小量喷射不稳定。其原因特别是压电执行器的蠕动和磁畴活动膜片的自振、膜片室压力波动以及摩擦力。
本发明的目的是提供一种方法，采用该方法能稳定在喷射之前执行器底板所处的波动的起始位置。
根据本发明，采取权利要求1中所给出的措施即可实现该目的。本发明的优选实施方式在随后的从属权利要求中说明。
因此根据本发明，上述目的通过如下措施来实现，即压电执行器的执行器底板位于波动的预定的起始位置，在喷射之前不久控制该压电执行器，使得压电执行器按规定预先偏移，从而执行器底板在接下来的喷射之前处于很少有波动的新的起始位置。
本发明基于如下认识，执行器底板由于在喷射时作用的高动态(hochdynamisch)的力而不能顺利地复原至预定的起始位置，执行器底板因此受到附加的较大的力，以便通过电控制产生用于执行器底板的虚拟的止挡(新的起始位置)，其具有规定的稳定的位置状况。本发明的有利地单独基于控制信号的改变的方法能实现在多次喷射时精确地少量喷射，进而满足有关废气值的严格的法律标准。
根据本发明的一种特别优选的实施方式，为了引起预先偏移，给压电执行器反向(Negativ)通电，使得执行器底板拉回到规定的新的起始位置。
根据一种有利的改进实施方式，此点可以采用简单的方式通过如下措施来实施，即在控制时总是给压电执行器有特色地通电(Bestromungsprofil)，从而引起规定的预先偏移和接下来的喷射，其中在一定程度上提前开始通电，使得尽管有预先偏移仍能达到喷射器阀的预定的液压地打开的时刻。根据一种改进方案，可以通过有特色通电的参数来影响压电执行器的承载电流变化(Ladestromverlauf)，使得执行器底板在所希望的时刻处于所希望的位置。
图1以示意性的剖视图示出由现有技术已知的具有压电执行器的阀控制机构的结构；
图2为按照现有技术控制的压电执行器的执行器底板位置的时间曲线图；
图3以与图2相同的视图示出按照本发明控制的压电执行器的执行器底板位置。
图1示意性地举例示出具有电的压电执行器1的阀控制机构的结构，该压电执行器由板状的压电元件堆叠而成，这些压电元件朝向阀被执行器底板7隔离。在所示实施方式中，在施加电压时垂直于各个压电元件的层面即沿着压电执行器1的纵向(z向)发生机械偏移。
压电执行器1在静止位置即在不施加控制电压情况下具有长度l0，其中执行器底板7处于其预定的起始位置。在未延展的压电执行器1与机械的调节和操纵部件(这里为阀活塞3)之间的间距为空行程h0。当在压电执行器1的接线端2上施加电压时，该压电执行器沿z向延展，且具有长度l1，其中l1＞l0+h0。
在图1中所示的状态下，由于未施加电压，压电执行器1处于其静止位置，阀关闭，且在阀的控制腔4中产生压力p0。在施加控制电压时，压电执行器1偏移，阀活塞3克服复位弹簧6的作用使得阀门球体5脱离其位置，阀由此打开，且在控制腔中产生压力p1。
图2示出了按照现有技术控制的压电执行器1的执行器底板7的位置随时间变化的曲线图。在时刻t0开始通电，压电执行器1随之开始变长，从而在经过一定的取决于空行程的时段之后，执行器底板7作用到操纵部件3上。于是在时刻t打开达到喷射器切换阀的液压地打开的时刻。但在通电之前执行器底板7的预定的起始位置(零位置)由于上述原因而发生波动，也就是说，该起始位置具有图2中所示的离差(Streuung)σ1，该离差体现在阀开始打开时的相应的离差，因为在每次控制压电执行器1时都会有尽管位于波动宽度之内但仍略微不同的空行程在起作用。预定的起始位置还可以采用本已公知的方式通过对延长的压电执行器1的反向通电即通过放电来实现。
根据本发明，压电执行器1在真正喷射之前不久预先偏移。这种预先偏移使得执行器底板7移动到在可再现性(Reproduzierbarkeit)方面具有较高的位置稳定性的区域。可以有利地通过反向通电将压电执行器1拉回，由此实现预先偏移，这在图3中示出。为了达到与传统控制相同的切换阀液压地打开的时刻t打开，基于较大的但按规定的执行器行程，使得提前开始通电，参见图3中所示曲线的槽状反向部分，该反向部分表明执行器底板7被拉回到新的起始位置。该新的起始位置用离差σ2来表示，该离差小于与预定的起始位置对应的离差σ1。这可以从如下事实中得到解释，即由于预先偏移，在由管状弹簧力、膜片应力、膜片空间压力、热应力和摩擦力构成的力平衡中，执行器力的部分相对于外部影响(环境温度、压力)以及相对于已发生的情况即以前的喷射而上升，这导致执行器底板起始位置发生波动。这意味着，按规定可控制的该部分力相对于(随机地)外部控制的力增大。执行器底板起始位置得以稳定，阀实际开始打开时的离差因而减小，由此如所愿的那样使得喷射精度提高。
Claims (4)
1.一种用于控制燃料喷射器中的压电执行器(1)的方法，其中可电控制的压电执行器(1)将纵向运动(行程)传递至操纵部件(3)，其中在执行器底板(7)与操纵部件(3)之间调节预定的空行程(h0)，该空行程取决于在控制之前执行器底板(7)的预定的起始位置，
其特征在于，
压电执行器(1)的执行器底板(7)位于波动的预定的起始位置，在喷射之前不久控制该压电执行器，使得压电执行器(1)按规定预先偏移，从而执行器底板(7)在接下来的喷射之前处于很少有波动的新的起始位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了引起预先偏移，给压电执行器(1)反向通电，使得执行器底板(7)拉回到规定的新的起始位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在控制时总是给压电执行器(1)有特色地通电，从而引起规定的预先偏移和接下来的喷射，其中在一定程度上提前开始通电，使得尽管有预先偏移仍能达到喷射器的阀(4、5、6)的预定的液压地打开的时刻。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过有特色通电的参数来影响压电执行器(1)的承载电流的时间变化，使得执行器底板(7)在所希望的时刻处于所希望的位置。
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