CN102422004A

CN102422004A - 使喷射阀工作的方法和装置

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Publication number: CN102422004A
Application number: CN2010800180362A
Authority: CN
Inventors: M·布兰特
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: CN102422004B; US20120031378A1; US9200580B2; DE102009018289B3; WO2010121892A1

Abstract

使喷射阀(1)工作的方法，所述喷射阀具有纵轴线(L)、喷嘴针(14)、控制阀(7)和固体执行器形式的执行机构(2)。执行机构(2)作用于控制阀(7)，控制阀(7)则作用于喷嘴针(14)。在多个匹配过程中将不同的预定电能量(E)供应给执行机构(2)，即可改变执行机构(2)的轴向长度。适当设定相应的预定电能量(E)，使得喷嘴针(14)的轴向位置保持不变。在提供了对应于相应匹配过程的预定电能量(E)之后，检测与相应匹配过程相关的第一和第二电压值(V1，V2)，并且据此确定电压差值(dV)。将电压差值(dV)与预定的阈值(dV_TH)进行比较，根据比较结果至少匹配执行机构(2)的流体喷射控制。

Description

使喷射阀工作的方法和装置

本发明涉及使喷射阀工作的一种方法和一种装置，所述喷射阀具有喷嘴针、控制阀和固体执行器形式的执行机构。所述执行机构作用于控制阀，控制阀则作用于喷嘴针。喷嘴针可在闭合位置中阻止流体流过至少一个喷射口，在其它情况下则允许流体流过。

间接驱动的喷射阀均具有喷嘴针、控制阀和执行机构。利用控制阀对喷嘴针进行控制，使得喷射阀打开或闭合，即可将燃油定量送入内燃机的气缸之中。利用喷射阀将燃油精确定量送入相应气缸之中的前提条件就是准确了解其开启特性。

本发明的任务在于提供能够用来精确、可靠喷入流体的一种方法和一种装置。

本发明的特征在于使得喷射阀工作的一种方法和一种对应的装置，所述喷射阀具有纵轴线、喷嘴针、控制阀和固体执行器形式的执行机构。所述执行机构作用于控制阀，控制阀则作用于喷嘴针。喷嘴针可在闭合位置中阻止流体流过至少一个喷射口，在其它情况下则允许流体流过。在多个匹配过程中将不同的预定电能量供应给执行机构，即可改变执行机构的轴向长度。适当设定相应的预定电能量，即可使得喷嘴针的轴向位置保持不变。在提供了对应于相应匹配过程的预定电能量之后，检测执行机构上与相应匹配过程相关的第一和第二电压值，根据第一和第二电压值确定电压差值，将电压差值与预定的阈值进行比较。根据比较结果至少匹配执行机构的流体喷射控制。例如可以根据机械误差，或者根据随喷射阀使用寿命变化的磨合特性或磨损程度对执行机构进行匹配，以此补偿喷射阀的喷油特性变化，从而使其能够可靠工作。适宜将执行机构设计成压电式执行器，并且优选以机械方式使其与控制阀耦合。控制阀适宜通过液力耦合器作用于喷嘴针。适当设定不同的电能量，使得喷嘴针优选保持在其闭合位置中，从而防止在匹配过程中喷入流体。适宜总是针对第一个匹配过程适当设定电能量，使得控制阀的轴向位置保持不变。这种方式的优点在于，能够以特别高效而且节约资源的方式匹配执行机构。分别在不同的预定时刻检测第一和第二电压值。不需要将其它测量装置用于匹配对执行机构的控制。

按照一种有益的实施方式所述，在充电阶段依次按照与相应匹配过程的关系，将对应于相应匹配过程的预定电能量供应给执行机构。然后在保持阶段在预定的时段内停止继续供应电能量，其中在保持阶段检测第一和第二电压值。然后在放电阶段将执行机构放电。这样就将充电、保持和放电阶段对应于相应的匹配过程。这种方式的优点在于，执行机构在相应的匹配过程开始时就已基本放电，因此能够特别精确地匹配执行机构。

按照另一种有益的实施方式所述，在充电阶段结束之后的第一时刻立即检测第一电压值。在充电阶段结束时，执行机构上的电压特别高，因此特别适合于检测电压差值。

按照另一种有益的实施方式所述，在利用执行机构激起的控制阀的运动振荡于保持阶段基本上衰减的第二时刻检测第二电压值。为此可观察执行机构上的电压信号，并且根据该信号检测出控制阀的运动基本上已衰减。也可选择在检测第一电压值的时刻之后等待一段预定的时间，然后检测第二电压值。例如可在试验台中确定这段时间，该时间表示控制阀运动的起振时间。

按照另一种有益的实施方式所述，当所确定的电压差值小于预定的阈值时，并且当供应给执行机构的电能量大于预定的最大能量值时，则识别出执行机构有故障。预定的最大能量值表示不会使得喷嘴针的轴向位置发生变化、进而恰好不会喷入流体的电能量。

按照另一种有益的实施方式所述，在达到或者超过了预定阈值的匹配过程中或者在该匹配过程结束之后，根据对应于该匹配过程的电能量确定能量补偿值，将其用来控制执行机构喷射流体，并且/或者在随后的匹配过程中将其用来控制执行机构。对应于相应匹配过程的电能量表示开启控制阀所需能量的尺度。适宜在相应的执行机构控制中给对应于该控制的电能量加上所确定的能量补偿值。

按照另一种有益的实施方式所述，在顺序执行的匹配过程中增加每次供应给执行机构的电能量。适宜增加电能量，从而能够特别精确地进行匹配。适宜在达到或者超过了预定电压差阈值的匹配过程之后再次开始第一个匹配过程。

按照另一种有益的实施方式所述，喷射阀与用来供应流体的高压蓄存器液力耦合。当高压蓄存器中储存流体的压力具有某一预定的压力时，就会开始匹配过程。这样就能特别精确地匹配对执行机构的控制。高压蓄存器中的压力适宜基本上恒定地具有预定的压力。

按照另一种有益的实施方式所述，根据预定的压力设定阈值。根据高压蓄存器中的预定压力设定阈值，就能特别精确地匹配对执行机构的控制。

以下将根据示意附图，对本发明的实施例进行详细解释。附图示出：

附图1为喷射阀纵剖面图，

附图2示出执行器电压的变化曲线，

附图3示出高压蓄存器中的压力变化曲线，

附图4示出电压差值的变化曲线，

附图5示出喷油量的变化曲线，

附图6a、6b示出电压差值和喷油量的变化曲线，

附图7、8为流程图。

在所有附图中均以相同的附图标记表示构造或功能相同的元件。

附图1所示为间接驱动式喷射阀1的两个纵剖面图。例如可以使用喷射阀1作为汽车内燃机的燃油喷射阀。

喷射阀1包括纵轴线L、喷嘴针14、控制阀7和固体执行器形式的执行机构2。适宜将执行机构2设计成压电式执行器。控制阀7与执行机构2固定耦合。

喷射阀1包括壳体3，该壳体具有膜片室9和执行器室5，执行机构2布置在该执行器室中。喷射阀1还包括喷嘴体16，该喷嘴体包括控制室8和阀室12。喷嘴体16还包括喷射口18，可在喷射阀1开启情况下通过喷射口将流体喷入到内燃机的燃烧室之中。将控制阀7和弹簧10布置在控制室8之中，将喷嘴针14布置在阀室12之中。膜片室9与控制室8液力耦合，并且控制室8与阀室12液力耦合。控制室8和阀室12均通过入口22与用来供应流体的高压蓄存器液力耦合。以预定的压力例如200～2000巴之间的压力将流体储存在高压蓄存器之中。在内燃机运行过程中使得膜片室9、控制室8和阀室12充满流体。膜片室5通过回油口20与流体储存器例如燃油箱液力耦合。

执行机构2可作用于控制阀7，并且可对控制室8和阀室12之间的压力比进行控制。控制阀7的运动一方面受到控制室与膜片室8、9之间的压力比引起的力的影响，另一方面受到执行机构2作用于控制阀7上的力的影响。

在充电阶段将预定的电能量E施加给执行机构2，例如控制能量。这时将对执行机构2施加执行器电流I_ACT，最好利用数学关系式E＝0.5·∫I_ACTdt·U_ACT算出所施加的电能量E。执行机构2上的执行器电压U_ACT升高，执行机构2由于压电效应而在轴向伸展，并且对控制阀7施加执行器作用力。如果执行器作用力超过与高压蓄存器中的压力相关的反作用力，也就是超过由弹簧10的弹簧力与控制室8中的流体压力引起的反作用力，就会使得控制阀7轴向移动并且开启。大致在这一时刻中断对执行机构2的馈电，并且不再继续供应电能量。在时刻t2开始保持阶段，控制室8中的流体压力在此期间下降。喷嘴针14在压力差作用下抬起，并且开启用来喷入流体的喷射口18。在结束喷油时将执行机构2放电，从而泄放储存在执行机构2中的电能量E。执行机构2回缩，控制阀7因此轴向移动直至闭合。通过入口22继续给控制室8供应流体，并且在控制室9中再次建立流体压力，使得喷嘴针14相应地适当轴向移动，直至最终闭合并且结束喷入流体。

附图2所示为执行机构2上的执行器电压U_ACT随时间t变化的多个不同的电压曲线。第一个电压曲线U_{ACT_1}表示第一个匹配过程，第n个电压曲线U_{ACT_n}表示第n个匹配过程。t1和t2时刻之间的时段表示充电阶段，t2和t4时刻之间的时段表示保持阶段，t4和t5时刻之间的时段表示放电阶段。

在相应的保持阶段检测执行机构2上的第一和第二电压值V1、V2。适宜在充电阶段结束之后，也就是在保持阶段开始时立即检测第一电压值V1。适宜在t3时刻检测第二电压值V2，与执行机构2的作用相对应的控制阀7的运动振荡这时已基本衰减，这意味着控制室8与膜片室9之间此时已经出现了压力平衡。为此可观察执行机构2上的电压，或者在检测了第一个电压值V1之后等待一段预定的时间。根据第一和第二电压值V1、V2确定电压差值dV。

仅当执行机构2使得控制阀7至少略微开启时，才会在控制室与膜片室8、9之间出现压力平衡；否则执行机构2上的力状况基本上没有变化。电压差值dV表示在检测两个电压值V1、V2的时段内执行机构2上的作用力变化。执行机构2上的作用力变化例如是控制室8与膜片室9之间的压力比变化而引起的。假设高压蓄存器中的压力稳定不变，这就意味着控制阀7为此已经至少部分开启。

适宜在第一个匹配过程中总是适当设定供应给执行机构2的电能量，使得控制阀7保持不受影响，最好保持闭合。在随后的匹配过程中增加分别供应给执行机构2的电能量E，例如增加了预定的能量dE。

将电压差值dV与预定的阈值dV_TH进行比较，并且至少根据比较结果来匹配执行机构2的流体喷射控制。在此可根据高压蓄存器中的压力预先设定阈值dV_TH。

将根据附图7来解释使得喷射阀1工作的方法，例如利用汽车的控制器对其进行处理。也可以将这种控制器称作使喷射阀工作的装置。

在步骤S0中开始该方法。在步骤S2中检查是否存在某一种预定的内燃机工况ACTC，例如断油滑行(Schubbetrieb)或者介于正常喷油阶段之间等等。如果不存在这种工况ACTC，就在步骤S20结束该方法。如果存在工况ACTC，则在步骤S4中首先将高压蓄存器中的压力调整到某一预定的压力P_给 _定，例如操纵高压蓄存器的压力调节阀将其调整到800或1600巴。在步骤S6中检查是否在高压蓄存器中达到了预定的压力值P_给定。如果没有满足该条件，就在步骤S20中结束该方法。也可选择重新执行步骤S4。如果在步骤S6中满足了条件，就在步骤S8中初始化将要供应给执行机构2的电能量E，使其达到第一个预定的电能量E1，例如7.7mJ。然后在步骤S10中在第一个匹配过程中将第一个预定的电能量E1提供给执行机构2。步骤S10表示相应匹配过程的充电阶段。在步骤S12中，也就是在充电阶段结束之后因而在保持阶段中，检测执行机构2上的第一和第二电压值V1、V2，并且据此确定电压差值dV。在步骤S14中将电压差值dV与设定的阈值dV_TH进行比较，其中根据在步骤S4中设定的压力P_给定来设定阈值dV_TH。如果电压差值dV小于阈值dV_TH，就在也表示放电阶段的步骤S16中将执行机构2放电，然后增加将要在随后的匹配过程中供应给执行机构2的电能量E，例如增加了设定的能量dE例如2.2mJ。在步骤S10中继续执行该方法。如果电压差值dV大于或等于阈值dV_TH，就在步骤S18中根据在该匹配过程中供应的电能量E确定能量补偿值E_补偿。由于能量补偿值E_补偿通常含有噪声，因此可以在步骤S18中对能量补偿值E_补偿进行低通滤波。能量补偿值E_补偿表示将要供应给执行机构2的用来开启控制阀7的电能量，可以给为了控制喷射阀1喷入流体而设定的电能量加上该能量补偿值。还可以将能量补偿值E_补偿用于相应电能量E的后续匹配过程。在步骤S20中结束该方法，或者替代地在步骤S2中重新执行该方法。

附图8所示为本方法的扩展形式。类似于附图8所示的相应步骤执行步骤S0～S12和S16～S20。

在步骤S22中将所确定的电压差值dV与阈值dV_TH进行比较，将在相应匹配过程中供应给执行机构2的电能量E与最大能量值E_MAX进行比较。如果所确定的电压差值dV小于阈值dV_TH，并且相应的电能量E小于最大能量值E_MAX，就在步骤S16中继续执行本方法。如果在步骤S22中没有满足该条件，就在步骤S24中重新进行比较，与步骤S22相比，将在该步骤中检查电压差值dV是否大于或等于阈值dV_TH。如果满足该条件，就在步骤S18中继续执行该方法。如果在步骤S24中没有满足该条件，就在步骤S26中执行第三次比较，与步骤S22相比，将在该步骤中检查所供应的电能量E是否大于或等于最大能量值E_MAX。如果满足了该条件，就会在步骤S28中检测出执行机构2有故障ERR。由于它通常也含有噪声，因此可以对其进行低通滤波和/或者去抖动。如果在步骤S26中没有满足条件，就在步骤S20中结束该方法，或者替代地在步骤S2中重新执行该方法。

附图3所示为高压蓄存器中的压力随时间t变化的不同曲线。第一个压力曲线30表示在匹配过程中也就是未喷射流体时高压蓄存器内的压力变化。第二个压力曲线32表示在流体喷射过程中高压蓄存器内的压力变化。

附图4所示为电压差值dV在匹配过程中随所供应的电能量E变化的第一个曲线40。从附图4可以看出，电压差值dV随着所供应的电能量E的增加而增大。在这里，增大的电压差值dV表示执行机构2上的力变化增大。

附图5所示为喷油量随所供应的电能量E变化的第一个曲线50。从对应于相应喷射阀的能量阈值E_TH略微高于最大能量值E_MAX开始就利用喷射阀1喷入流体。由于对应于相应匹配过程的电能量E小于能量阈值E_TH，因此在匹配过程中不喷油。

附图6a和6b所示分别为针对高压蓄存器中不同的压力例如800和1600巴绘制的所确定的电压差值dV的其它变化曲线和相应喷油量的其它变化曲线。通过这些曲线描绘了在例如考虑所确定的能量补偿值E_补偿(以空行程电压12V和34V表示)之后相应的电压差值曲线和相应的喷油量曲线是如何变化的。

如果存在包括多个喷射阀的喷油系统，则可以针对每一个喷射阀进行匹配，这样就能精确、可靠地喷射流体。

相应执行机构的控制匹配方法也可以应用于那些在高压蓄存器压力与流体喷射之间没有直接关系的复杂液力系统之中。

Claims

1.使喷射阀(1)工作的方法，所述喷射阀具有纵轴线(L)、喷嘴针(14)、控制阀(7)和固体执行器形式的执行机构(2)，所述执行机构(2)作用于控制阀(7)，并且控制阀(7)作用于喷嘴针(14)，所述喷嘴针(14)在闭合位置中可阻止流体流过至少一个喷射口(18)，而在其它情况下则允许流体流过，按照所述的方法，

-在多个匹配过程中将不同的预定电能量(E)供应给执行机构(2)，从而改变执行机构(2)的轴向长度，可适当设定相应的预定电能量(E)，使得喷嘴针(14)的轴向位置保持不变，

-在供应了对应于相应匹配过程的预定电能量(E)之后，检测执行机构(2)上的与相应匹配过程相关的第一和第二电压值(V1，V2)，

-根据第一和第二电压值(V1，V2)确定电压差值(dV)，

-将电压差值(dV)与预定的阈值(dV_TH)进行比较，

-根据比较结果至少匹配执行机构(2)的流体喷射控制。

2.根据权利要求1所述的方法，依次按照与相应匹配过程的关系

-在充电阶段将对应于相应匹配过程的预定电能量(E)供应给执行机构(2)，

-在保持阶段在预定的时段内停止继续供应电能，其中在保持阶段检测第一和第二电压值(V1，V2)，

-在放电阶段将执行机构(2)放电。

3.根据权利要求1或2所述的方法，直接在充电阶段结束之后的第一时刻(t2)检测第一电压值(V1)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，在利用执行机构(2)激起的控制阀(7)的运动振荡于保持阶段基本上衰减的第二时刻(t3)检测第二电压值(V2)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，当所确定的电压差值(dV)小于预定的阈值(dV_TH)时，并且当供应给执行机构(2)的电能量(E)大于预定的最大能量值(E_MAX)时，则识别出执行机构(2)有故障。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，在达到或者超过了预定阈值(dV_TH)的匹配过程中或者在该匹配过程结束之后，根据对应于该匹配过程的电能量(E)确定能量补偿值(E_补偿)，将该能量补偿值用来控制执行机构(2)喷射流体，并且/或者在随后的匹配过程中将该能量补偿值用来控制执行机构(2)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，在顺序执行的匹配过程中增加每次供应给执行机构(2)的电能量(E)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，喷射阀(1)与用来供应流体的高压蓄存器液力耦合，如果高压蓄存器中储存流体的压力具有预定的压力(P_给 _定)，就开始匹配过程。

9.根据权利要求8所述的方法，在匹配过程中，高压蓄存器内的压力基本上恒定地具有预定的压力(P_给定)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，根据预定的压力(P_给定)设定阈值(dV_TH)。

11.使喷射阀(1)工作的装置，所述喷射阀具有纵轴线(L)、喷嘴针(14)、控制阀(7)和固体执行器形式的执行机构(2)，所述执行机构(2)作用于控制阀(7)，并且控制阀(7)作用于喷嘴针(14)，所述喷嘴针(14)在闭合位置中可阻止流体流过至少一个喷射口(18)，在其它情况下则允许流体流过，所述装置

-可在多个匹配过程中将不同的预定电能量(E)供应给执行机构(2)，从而改变执行机构(2)的轴向长度，可适当设定相应的预定电能量(E)，使得喷嘴针(14)的轴向位置保持不变，

-可在供应了对应于相应匹配过程的预定电能量(E)之后，检测执行机构(2)上的与相应匹配过程相关的第一和第二电压值(V1，V2)，

-根据第一和第二电压值(V1，V2)确定电压差值(dV)，

-将电压差值(dV)与预定的阈值(dV_TH)进行比较，

-根据比较结果至少匹配执行机构(2)的流体喷射控制。