CN102414425B - 用于确定高压蓄压器中的压力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

喷射阀(1)为了供给流体液压地与高压蓄压器(24)耦联。喷射阀(1)包括纵轴线(L),喷嘴针阀(14)和执行机构(2)。执行机构(2)设计成作用于喷嘴针阀(14)。执行机构(2)被供给一预定数量的电能(E)，以改变执行机构(2)的轴向长度并且这样地改变，使得喷嘴针阀(14)从关闭位置移出。在供给所述预定数量的电能之后，在各不同的预定的时间点(t5,t7)测量和/或确定在执行机构(2)上的第一和第二电压值(Vl,V2)。依赖于第一和第二电压值(Vl,V2)确定电压差值(dV)并且依赖于该电压差值确定第一压力(P)，该第一压力代表高压蓄压器(24)中的一个压力。

Description

用于确定高压蓄压器中的压力的方法和装置
本发明涉及一种用于确定高压蓄压器中的压力的方法和装置。高压蓄压器与供给流体的喷射阀液压地耦联。喷射阀包括喷嘴针阀，控制阀和设计成固体致动器的执行机构。执行机构设计成作用于喷嘴针阀。喷嘴针阀设计成在一个关闭位置上阻止通过至少一个喷射孔的流体流动和否则释放所述流体流动。
喷射阀具有喷嘴针阀和执行机构。为了计量对内燃机的气缸中的燃料供给，通过控制喷嘴针阀来打开或关闭喷射阀。为了供给燃料，喷射阀与高压蓄压器液压地耦联。在各个气缸中的进行燃料的精确计量的一个前体是精确地得知高压蓄压器中的燃料压力。
本发明的任务是提供一种方法和一种相应的装置，借助于该方法或该装置可以可靠地确定高压蓄压器中的压力。
本发明的特征在于一种用于确定高压蓄压器中的压力的方法和一种相应的装置，所述高压蓄压器与用于供给流体的喷射阀液压地耦联。喷射阀包括纵轴线，喷嘴针阀和设计成固体致动器的执行机构。执行机构设计成作用于喷嘴针阀。喷嘴针阀设计成在一个关闭位置上阻止通过至少一个喷射孔的和否则释放所述流体流动。执行机构被供给一预定数量的电能，以改变执行机构的轴向长度并且这样地改变，使得喷嘴针阀从关闭位置中移出。在供给所述预定数量的电能之后，在各不同的预定的时间点探测和/或确定在执行机构上的第一和第二电压值。依赖于第一和第二电压值确定电压差值。依赖于电压差值确定第一压力，它代表高压蓄压器中的一个压力。由此可以特别精确地确定高压蓄压器中的压力。尤其是由此可以替代地或附加地确定高压蓄压器中的压力。确定的高压蓄压器中的当前的压力可以有利地用于高压蓄压器的压力调节并且由此用于可靠地供给预定的体积流。
该喷射阀最好在机动车的内燃机中用于喷射流体并且设计成直接或间接驱动的喷射阀。间接驱动的喷射阀附加地包括一个控制阀，其中所述执行机构作用于该控制阀上并且该控制阀作用于所述喷嘴针阀上。执行机构在此情况下最好以机械的方式与控制阀耦联并且最好设计成压电致动器。控制阀最好经液压耦联机构作用于喷嘴针阀上。电能的数量这样地设定，使得喷嘴针阀从其关闭位置移出并且由此流体被喷射。
在一个有利的实施例中，高压蓄压器包括至少一个压力传感器，用于测量一个第二压力，它代表高压蓄压器中的所述压力。这实现对高压蓄压器中的压力的一种冗余的确定。第一和第二压力分别代表高压蓄压器中的压力并且由此实现冗余地和独立地确定高压蓄压器中的压力。
在另一个有利的实施例中，当至少一个压力传感器有故障（缺陷）时，确定第一压力。这允许替代地确定高压蓄压器中的压力并且由此实现内燃机的可靠的运转。
在另一个有利的实施例中，第一或第二压力依据第二或第一压力进行可信性处理，这实现了特别可靠地检测喷射阀或压力传感器的故障。
在另一个有利的实施例中，第一压力依据预定的特性曲线依赖于电压差值进行确定。在无故障的压力传感器下探测第二压力。基本上同时地确定电压差值。依赖于探测的第二压力和所属的电压差值使特性曲线适配。该特性曲线代表了相应的差电压信号与相应的第一压力的依赖关系。通过使特性曲线适配，可以将相应的电压差值特别精确地配属于高压蓄压器中的压力。在压力传感器的随后出现的错误故障情况下，可以特别精确地确定高压蓄压器中的压力。
在另一个有利的实施例中，在一个时间点处探测第一电压值，在该时间点处，在执行机构上的电压是最大的。在执行机构上的最大电压代表一个作用于执行机构上的最大的力。这个最大的力包括一个与高压蓄压器中的压力配属的力分量。基于对最大的电压值的考虑，可以实现特别精确地确定高压蓄压器中的压力。
在另一个有利的实施例中，在一个时间点探测和/或确定第二电压值，在该时间点处，在执行机构上的电压是准稳态的。这实现了在确定的差电压信号与高压蓄压器中的压力之间的特别高的相关联性。
在另一个有利的实施例中，在供给预定数量的电能最好探测多个电压值。分别依据对该探测的电压值的各预定的选择形成的平均值确定第一和/或第二电压值。这用于特别精确地确定高压蓄压器中的压力。最好在探测了第一电压值之后的一个预定的最小持续时间之后探测用于确定第二电压值被考虑的电压值，尤其是在执行机构上的电压还仅仅是非本质地改变时，也就是说，是准稳态时，进行探测。
该方法和相应的装置最好应用于具有多个相应地构造的喷射阀的喷射系统中。在此情况下，针对其中的每个喷射阀，按照该方法或借助于该装置，分别确定一个第一压力并且依赖于该压力确定高压蓄压器中的压力。这具有优点，即可以以冗余的方式确定高压蓄压器中的压力。
以下依据示意图详细说明本发明的实施例。附图中所示:
图1是喷射阀的纵剖图，
图2是喷射阀中的力比例，
图3，4是在喷射阀上的电压的变化曲线，
图5是在电压差值和高压蓄压器中的压力之间的关系，
图6是流程图。
相同结构或功能的部件在各图之间采用相同的附图标记。
在图1中在两个纵剖图中示出了间接驱动的喷射阀1。该喷射阀1例如可以用作机动车的内燃机的燃料喷射阀。
喷射阀1包括纵轴线L，喷嘴针阀14，控制阀7和设计成固体致动器的执行机构2。执行机构2最好设计成压电致动器。控制阀7与执行机构2机械地耦联。
喷射阀1包括外壳本体3，其具有膜腔9和致动器腔5，其中布置执行机构2。喷射阀1此外包括喷嘴本体16，它包括控制腔8和阀腔12。喷嘴本体16此外包括喷射孔18，在打开的喷射阀1的情况下通过这些喷射孔将流体喷射到内燃机的燃烧室中。在控制腔8中布置控制阀7和弹簧10和在阀腔12中布置喷嘴针阀14。膜腔9液压地与控制腔8耦联和控制腔8液压地与阀腔12耦联。控制腔8和阀腔12经流入口22与用于供入流体的高压蓄压器24液压地耦联。在高压蓄压器24中流体被存储在预定的压力下。因此例如在200和2000bar之间，该压力可以借助于与高压蓄压器24配置的压力传感器26测量。在内燃机运行中，膜腔9，控制腔8和阀腔12被充满流体。膜腔9经回流管20与低压蓄压器，如例如燃料箱，液压地耦联。
执行机构2设计成作用于控制阀7并且在此情况下控制控制腔8和阀腔12之间的压力比。控制阀7的运动一方面受到由于控制腔8和膜腔9之间的压力比产生的力比例的影响，另一方面受到由执行机构2施加到控制阀7上的力的影响。
在图3中，通过在时间点tl和t2之间的持续时间代表充电阶段（加载阶段），通过在时间点t2和t3之间的持续时间代表保持阶段和通过在时间点t3和t4之间的持续时间代表放电阶段（卸载阶段）。
在充电阶段(图3)，执行机构2被加载一个预定数量的电能E，因此例如被能量控制。执行机构2在此情况下被加载致动器电流IACT并且施加的电能E数量最好借助于数学关系式E=0.5·∫IACTdt·UACT确定。在执行机构2上的致动器电压UACT升高并且执行机构2由于压电效应沿着轴向伸展并且将与致动器电压UACT相关的致动器力FACT(图2)施加到控制阀7上。如果致动器力FACT超过与高压蓄压器中的压力相关的反作用力，该反作用力由附属于弹簧10的弹簧力FFDR和在控制腔8中的流体力FSTR合成，那么控制阀7被沿轴向移动和打开。大致在时间点t2，中断对执行机构2的通电流。在该时间点t2，保持阶段开始，在该保持阶段中，控制腔8中的流体压力FSTR(图2)下降。喷嘴针阀14由于压力差而被升起并且打开喷射孔18以喷射流体。为了结束喷射，执行机构2自时间点t3起被放电并且由此减小存储在执行机构2中的电能E的数量。设计成压电致动器的执行机构2收缩并且由此使控制阀7轴向移动直到该控制阀关闭。控制腔9中的流体压力FSTR(图2)被重新建立并且喷嘴针阀14相应地被如此地轴向移动，使得它最终关闭并且由此结束流体的喷射。
在保持阶段期间在控制腔8中的流体压力FSTR的减小导致的结果是，在执行机构2上的力减小并且在保持阶段期间致动器电压UACT改变，最好下降。
在一个实施方式中(图4)，依据致动器电压UACT的变化曲线，在第一预定的时间点t5测量第一电压值Vl和在第二预定的时间点t7测量第二电压值V2，该时间点t7位于时间点t6和t8之间。最好如此地设定第一时间点t5，使得第一电压值Vl代表执行机构2上的致动器电压UACT的一个最大值。第二时间点t7最好选择在第一时间点t5之后在一个预定的最小持续时间dtMIN之后和在代表放电阶段开始的时间点t8之前。在此情况下这样地设定该最小持续时间dtMIN，使得执行机构2上的致动器电压UACT的改变基本上是衰变的，也就是说，是准稳态（准静态）变化的。预定的最小持续时间dtMIN例如可以在试验台上确定。
备选地，在预定的最小持续时间dtMIN之后，也就是说，在时间点t6之后，测量多个电压值并且依据测量的电压值的平均值的形成确定第二电压值V2。原则上也可以借助于形成平均值来确定第一电压值Vl。
在图3中示出了致动器电压UACT_P1，UACT_P2的第一和第二变化曲线和致动器电流IACT_P1，IACT_P2的所属的第一和第二变化曲线。致动器电压UACT_P1的第一变化曲线和致动器电流IACT_P1的第一变化曲线附属于高压蓄压器24的第一压力，因此例如为1200bar。致动器电压UACT_P2的第二变化曲线和致动器电流IACT_P2的第二变化曲线附属于高压蓄压器24中的第二压力，因此例如为400bar。由致动器电压UACT_P1，UACT_P2的各变化曲线形成不同的电压差值dVl，dV2。
依赖于第一和第二电压值Vl，V2确定电压差值dV，它与在膜腔9中的压力FMR(图2)和控制腔8中的流体压力FSTR之间的压力差成比例并且由此与高压蓄压器24中的压力成比例。依据图5，示出了在相应的电压差值dV和高压蓄压器24中的压力P之间的依赖关系。该依赖关系最好作为特性曲线存储在存储器中。依赖于确定的电压差值dV，依据该特性曲线确定高压蓄压器中的压力P，最好在检查到压力传感器26有故障时确定该压力。
在另一个实施方式中，依据无故障的压力传感器26测量高压蓄压器24中的压力P。基本上同时地确定所属的电压差值dV。依据压力P和该所属的电压差值dV使特性曲线适配。
依据图6说明用于确定高压蓄压器中的压力的相应的方法。该方法例如可以在机动车的控制装置中进行处理。这种控制装置可以称为用于确定高压蓄压器中的压力的装置。
在步骤S0中开始该方法，由此例如在喷射阶段中。在步骤S2中向执行机构2输入预定数量的电能E。依赖于产生的致动器电压UACT的变化曲线，在步骤S4中测定和/或确定第一和第二电压值Vl，V2。依赖于该电压值，在步骤S6中确定电压差值dV。在步骤S8中依赖于电压差值dV，由此例如依赖于按照图5的特性曲线，该特性曲线最好存储在控制装置的存储器中，确定高压蓄压器24中的压力P。在步骤SlO中结束该方法。
该方法或装置可以应用于具有多个喷射阀1的喷射系统中。这具有优点，即高压蓄压器24中的压力P被冗余地确定。为此最好为每个喷射阀1分配一个单独的特性曲线，其分别也可以在无故障的压力传感器26的情况下进行适配。在无故障的压力传感器26的情况下，它的测量的压力可以借助于确定的压力进行可信性处理或反向地实施。具有一个或多个喷射阀1的喷射系统可以实施成PCV系统(压力控制阀)，其中对高压蓄压器24中的压力的调节借助于压力调节阀实施，其中借助于受控制的泄漏来补偿在由于高压泵的输送造成的压力升高和由于向燃烧室中的喷射造成的压力下降之间的压力差。备选地或附加地，喷射阀可以具有用于影响高压泵的体积流的VCV阀(体积控制阀)，它基于实际的燃料需要和高压蓄压器中的压力确定体积流量。

Claims (9)

1.用于确定高压蓄压器(24)中的压力的方法，所述高压蓄压器与用于供给流体的喷射阀(1)液压地耦联，其中所述喷射阀(1)包括纵轴线(L)，喷嘴针阀(14)和设计成固体致动器的执行机构(2)，其中所述执行机构(2)设计成作用于所述喷嘴针阀(14)并且喷嘴针阀(14)设计成在一个关闭位置上阻止通过至少一个喷射孔(18)的流体流动和否则释放所述流体流动，其中
－对所述执行机构(2)供给一预定数量的电能(E)，以改变执行机构(2)的轴向长度并且是这样地改变，使得喷嘴针阀(14)从关闭位置移出，
－在供给所述预定数量的电能之后，在各不同的预定的时间点(t5，t7)上，测量和/或确定在执行机构(2)上的第一和第二电压值(Vl，V2)，
－依赖于所述第一和第二电压值(Vl，V2)确定电压差值(dV)，
－依赖于所述电压差值(dV)确定代表高压蓄压器(24)中的一个压力的第一压力(P)。
2.按照权利要求1所述的方法，其中高压蓄压器(24)包括至少一个压力传感器(26)并且由所述第二压力传感器（26）探测代表高压蓄压器(24)中的所述压力的第二压力。
3.按照权利要求2所述的方法，其中当至少一个压力传感器(26)有故障时，确定第一压力(P)。
4.按照权利要求2所述的方法，其中依据第二或第一压力对第一或第二压力进行可信性处理。
5.按照权利要求2所述的方法，其中
-依据一个预定的特性曲线依赖于所述电压差值(dV)确定所述第一压力(P)，
-在无故障的压力传感器(26)情况下测定第二压力，
-基本上同时地确定电压差值(dV)，
-依赖于测定的第二压力和所属的电压差值(dV)使所述特性曲线适配。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在一个时间点(t5)上测定所述第一电压值(Vl)，在该时间点上，执行机构（2）上的电压(UACT)最大。
7.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在一个时间点(t7)上测定和/或确定所述第二电压值(V2)，在该时间点上，执行机构（2）上的电压(UACT)是准稳态的。
8.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在供给所述预定数量的电能之后测量多个电压值并且分别依据对测量的电压值的各预定的选择形成平均值来确定第一和/或第二电压值(Vl，V2)。
9.用于确定高压蓄压器(24)中的压力的装置，所述高压蓄压器与用于供给流体的喷射阀(1)液压地耦联，其中所述喷射阀(1)包括纵轴线(L)，喷嘴针阀(14)和设计成固体致动器的执行机构(2)，其中所述执行机构(2)设计成作用于所述喷嘴针阀(14)并且喷嘴针阀(14)设计成在一个关闭位置上阻止通过至少一个喷射孔(18)的流体流动和否则释放所述流体流动，所述装置设计成，
－对所述执行机构(2)供给一预定数量的电能(E)，以改变执行机构(2)的轴向长度并且是这样地改变，使得喷嘴针阀(14)从关闭位置移出，
－在供给所述预定数量的电能之后，在各不同的预定的时间点(t5，t7)上，测量和/或确定在执行机构(2)上的第一和第二电压值(Vl，V2)，
－依赖于所述第一和第二电压值(Vl，V2)确定电压差值(dV)，
－依赖于所述电压差值(dV)确定代表高压蓄压器(24)中的一个压力的第一压力(P)。
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