CN102575607A - 用于确定喷射阀的喷嘴针的运动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定时刻的方法，在所述时刻布置在喷射阀中的喷嘴针执行运动变化，其中在所述喷射阀的控制室中用传感器直接测量参量，该参量说明关于在所述控制室中存在的压力（40）的变化曲线的情况，其中从所述用于压力（40）的变化曲线的参量中来检测，所述变化曲线在哪个时刻具有极值并且其中将该时刻识别为运动变化的时刻。

Description

用于确定喷射阀的喷嘴针的运动的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于确定时刻的一种方法和一种装置，在所述时刻布置在喷射阀中的喷嘴针执行运动变化。

背景技术

对于燃料喷射器或者说燃料喷嘴来说，除了喷射压力之外喷嘴针的打开持续时间也影响所喷射的燃料量。这个打开持续时间间接地从与燃料喷射器共同作用的执行器比如磁性执行器或者压电执行器的触发持续时间或者说通电持续时间以及所述喷嘴的高压液压机构的动态特性中产生。

此外，在用于柴油喷射的共轨喷射器中作为伺服阀构造了通过执行器来操纵的分配阀。这个分配阀首先触发附接的高压液压机构，所述高压液压机构而后又控制着喷嘴针的打开及关闭运动。对于这样的喷射器来说，所述喷嘴针的打开持续时间额外地受到所述高压液压机构的动态特性的影响。但是，所喷射的燃料量在这里也取决于所述喷嘴针的打开持续时间。在从执行器经由伺服阀和高压液压机构直至喷嘴针的开关链（Schaltkette）的内部，会通过构件性能的不可避免的离散度并且通过运行过程中的可变的边界条件而出现偏差，由此所述喷嘴针的打开及关闭时刻发生变化。因此作为影响参量要提到构件的磨损，但是加工公差以及喷射系统内部的压力波等也会影响功能。

为了识别比如磁阀或者所提到的伺服阀的关闭时刻，知道了若干方法，这些方法在公开文献DE 38 43 138 A1或者DE 36 09 599 A1中得到说明。在这些公开文献中所说明的现有技术基于这样的效应，即电枢在达到其关闭位置时通过与止挡的碰撞而受到制动并且电枢的这种通常突然的速度变化在加入线圈电压时反映在电流梯度的同样突然的变化中或者在加入线圈电流时反映在线圈电压的突然的变化中。但是，通过所述阀的关闭时刻的识别，这里无法识别所述高压液压机构内部的误差和离散度。

另一种用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射器在公开文献DE 10 2007 008 617 A1中得到说明。这种喷射器具有用于探测喷嘴针的打开运动和/或关闭运动的传感器，该传感器构造为压电的或者微机械的加速度传感器。该传感器在平行于或者横向于所述喷射器的纵轴线的情况下优选布置在喷射器头的区域中。特别有利的是，传感器模块的至少一个传感器不是比如在喷射器入口和/或喷射器的压力室中直接与处于高压之下的燃料相接触，并且所述测量通过喷射器本体和/或喷嘴本体和/或喷射器插头来进行。由此可以避免喷射器结构的高压密封问题以及抗高压强度问题。在探测随时间变化的工作参数方面的可能的延迟同样可以得到补偿。

一种用于检测磁阀中的电枢的预先给定的位置的方法在公开文献DE 10 2007 031 552 A1中得到说明。在此所述电枢能够通过流经磁阀的电磁线圈的电流的降低以输出电流强度从预先给定的原始位置转移到预先给定的位置中。

在相应的时刻所述电枢占据特定的位置，该时刻的识别可以借助于在预先给定的持续时间里流经电磁线圈的电流的所测量的电流强度的时间上的变化曲线来进行。

对于具有伺服阀和附接的高压液压机构的共轨喷射器来说，还会在运行过程中产生一系列其它的影响，这些影响在所述开关链中产生不精确性。因此通过喷嘴座磨损在伺服阀和高压液压机构的功能不变的情况下典型地改变所述喷嘴针的打开时刻及打开飞离阶段。如果比如所述喷嘴针较迟或者较慢地从喷嘴座上提起来，那么其就在所述伺服阀又关闭的倒转时刻已经执行了较小的升程。因此其在关闭时势必也较早地达到喷嘴座处。由此从所述喷嘴针的延迟的打开中也产生提早的关闭。因为所喷射的燃料量直接取决于所述喷嘴针的打开持续时间，所以由此出现所喷射的燃料量的明显的影响。压力波的对所喷射的燃料量的影响至少部分基于所述喷嘴针的变化的打开时刻。在喷射过程中提供的喷射压力则具有另外的影响。

发明内容

在这种背景下，介绍具有独立权利要求所述特征的一种方法和一种装置。本发明的其它设计方案从从属权利要求和说明书中获得。

利用本发明可以通过所述控制室中的压力的定性的感知来探测到所述喷射阀的喷嘴针的关闭时刻。

在本发明的一种可能的实施方式中产生这一点，即可以精确地检测所喷射的燃料量，因为不仅可以对所述伺服阀的不精确性进行校正而且可以对所述喷射阀或者说喷射器的整个开关链的不精确性进行校正。可以对同类喷射阀的样本偏差进行补偿同样可以在使用寿命范围内对其偏移进行补偿并且可以对可变的边界条件比如管路中的压力振动的影响进行补偿。所述方法可以以简单的方式来实施，因为本发明的作用原理典型地基于纯定性的特征探测，借助于所述纯定性的特征探测不仅可以探测所述喷嘴针的打开而且可以探测其关闭。本发明能够用于具有磁阀并且具有压电执行器的喷射器。

在本发明的范围内规定，在控制室内部的压力的变化曲线中确定至少一个极值也就是说最小值和/或最大值。通常所述压力的变化曲线与加载在压电元件上的电压成比例。因此有待确定的极值也出现在压力梯度的零点或者说过零点上并且由此出现压力的变化曲线的第一时间导数。所述压力梯度一般与流经压电元件的电流成比例。

所描述的装置构造用于实施所介绍的方法的所有步骤。在此也可以由所述装置的各个组件来实施该方法的各个步骤。此外，所述装置的功能或者所述装置的各个组件的功能可以作为所述方法的步骤来实现。此外，可以将所述方法的步骤作为所述装置的各个组件或者整个装置的功能来实现。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和以下附图中获得。

不言而喻，前面提到的和下面还要解释的特征不仅能够以相应所说明的组合来使用而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

附图示出如下：

图1是磁阀-喷射器的剖视图的示意图；

图2是图1的磁阀-喷射器的控制室的示意图；

图3是关于喷射器的工作参数的图表；并且

图4是按本发明的装置的一种实施方式的示意图；

本发明借助于实施方式在附图中示意性地示出并且下面参照附图进行详细说明。

在此连续地并且全面地对附图进行说明，相同的附图标记表示相同的组件。

具体实施方式

图1示出了构造为磁阀-喷射器的喷射阀2的示意性的剖面图。该喷射阀2包括喷射器本体4，在该喷射器本体4中布置了阀活塞6，该阀活塞6则在上端部上导引在阀件8中并且其下端部朝喷嘴10的方向延伸。喷嘴针11与所述阀活塞6相连接并且布置在所述喷嘴10的内部。此外，所述阀活塞6与高压孔12及回流孔14相连接。在所述喷射阀2的上端部上布置了磁头16、电枢组18和回流口20。此外，所述喷射阀2通过电气接头22与电气的能源相连接并且通过一个包括高压缝式滤清器的高压-或者说HD-接头23与燃料输入管路相连接。图1也示出了所述喷射阀2的控制室24。

在所述喷射阀2运行时向所述磁头16通电，由此使所述电枢组18朝磁头运动。由此打开所述阀活塞6上方的控制室24与所述回流口20之间的连接。这触发所述控制室24中的压力的下降并且由此触发由所述阀活塞6和喷嘴针11构成的复合体的打开运动。通过所述喷嘴针11的打开，在所述高压孔12与所述喷嘴10的喷射孔之间建立连接，由此将燃料输送给所述喷嘴10并且喷射到内燃机的气缸中。

这样的喷射阀2或者说喷射器的细节在图2中示意性地示出。除了所述阀活塞6和所述将阀活塞6包围的阀件8之外，在图2中还示出了控制室24，该控制室24由所述阀件8的内壁和布置在所述阀件8内部的阀活塞6限定。

图2示出了处于静止状态的所述喷射阀2的控制室24。所述控制室24通过进口节流阀26与用于提供处于轨压下的燃料的高压接头相连接并且通过能够开关的出口节流阀28与所述喷射阀2的回流口20相连接。穿过所述出口节流阀28的流量在静止状态中被这里未示出的分配阀所闭锁并且通过所述分配阀的激活而释放。所述控制室24内部的压力引起向下的也就是朝喷嘴针11的关闭方向指向的作用于所述阀活塞6的力，所述阀活塞6继续将这个力传递给所述喷嘴针11。

在所述喷嘴针11的所谓的飞离阶段（Flugphase）中，通过所述喷嘴针11下面的压力场确定的打开力作用于所述喷嘴针11。在这个时间间隔中如此调节所述控制室24中的压力，从而在打开力与关闭力之间存在着力的平衡。所述控制室24中的压力因而反映了所述喷嘴针11的打开力。出于功能上的原因始终如此设计所述喷射阀2的尺寸，使得在这种情况下在控制室24中存在着比轨压小的压力。

图3示出了第一图表30和第二图表32。在此所述第一图表30包括垂直定向的轴34，沿着该轴34关于水平定向的用于以毫秒计的时间的轴36绘出了所述控制室24中的以单位bar计的压力。在所述第二图表32的内部，关于用于时间的水平定向的轴36绘出了用于以微米计的距离的垂直定向的轴38。在所述第一图表30的内部，示出了用于所述控制室24内部的压力40的变化曲线。在与此同步的情况下，在所述第二图表32中示出了用于所述喷嘴针11的升程42的变化曲线。所述两张图表30、32示出，所述喷嘴针11的作为运动变化的打开和关闭影响着所述控制室24内部的压力40。因此在所述喷嘴针11的打开的一开始压力40显示出构造为最小值的第一极值44。在所述喷嘴针11关闭之后，所述压力40具有构造为最小值的第二极值46。

作用于所述喷嘴针11的打开力以及由此所述控制室24中的压力40也由于而后存在的阀座节流（Sitzdrosselung）在所述喷嘴针11的升程42较小时也就是就在打开之后并且就在关闭之前而特别地小。相反，在所述喷射阀2关闭时，在所述控制室24中存在着轨压。关闭力的而后存在的相对于打开力的盈余在这种情况下以机械方式传送到喷嘴本体座中。在所述分配阀已经打开的情况下，因而在所述喷嘴针11打开之前由于来自出口节流阀28的燃料溢流而在所述控制室24中出现压力40的快速下降。这个阶段以所述喷嘴针11的打开而结束。自这个时刻起，所述控制室24中的压力40由于喷嘴座下方的而后上升的压力而重又上升。所述控制室24中的压力40因而在所述喷嘴针11打开的时刻具有最小值。此外，所述压力40就在所述喷嘴针11的关闭时刻之前由于喷嘴座下面的而后较小的压力而明显小于轨压。就在关闭所述喷嘴针11之后，由于现在停止的阀活塞6而在所述控制室24中出现压力40的陡峭上升直至其超过轨压的水平。所述控制室24中的压力40因而也在所述喷嘴针11关闭的时刻具有明显的最小值。

为了探测所述喷嘴针11的打开及关闭时刻，在此规定，以定性方式检测所述控制室24中的压力40的变化曲线。如图4示意性地示出的一样，在所述控制室24的壁体中一般在固定的阀件8的区域中布置了较小的用作传感器的压电元件48。所述压电元件48的电气接头50向后引到所述喷射阀2的低压区域中。此外，所述两个接头50与可以从外面接近的插头接点相连接。所述压电元件48在按本发明的方法的一种设计方案中提供电压52，该电压52在扣除偏离电压之后与所述控制室24中的压力40成比例。所述偏离电压在此在时间上可变，但是仅仅经受明显比对于所述控制室24中的压力40来说的情况缓慢的波动。

所述喷嘴阀11的打开和/或关闭相应地通过由所述压电元件48输出的电压52的变化曲线中的极值来探测。

所述控制室24的在压电元件48的区域中相对于低压的密封通过相关的工艺的运用比如用于实施电气接触的玻璃熔化（Glaseinschmelzungen）和类似工艺来进行，所述相关的工艺对于在高压区域中具有电气执行器的产品比如Robert Bosch GmbH公司的CRI3.31来说为人所知。

所述压电元件48在静止状态中输出的电压52可以通过通往该压电元件48的馈电线之间的泄漏电阻在不依赖于轨压的情况下设置为零。所述泄漏电阻在此可以布置在所述喷射阀2中，布置在一个在所述方法的范围内用作分析机构的并且具有电压测量仪以及电流测量仪的控制仪54中，或者也可以布置在所述控制仪54与压电元件48之间的馈电线中。在需要时，所述泄漏电阻也可以连接到在所述控制仪48中存在的电源上，从而可以将所述压电元件48的静止电压调节到任意的数值比如这个电源的电压。所述压电元件48的电极可以在喷射器或者说喷射阀2中与所述喷射器本体4或者说喷射器壳体相连接并且由此与机动车的地电位相连接。在这种情况下，从所述喷射阀2中还仅仅引出一根传感器电线并且对其对地的电位进行分析。

作为替代方案，所述压电元件48也可以通过低阻抗的电阻来隔绝，从而取代电压52U而对由所述压电元件48输出的电流I进行分析。该电流等于所述压电元件48的电极上的电荷的梯度并且由此与所述控制室中的压力梯度dp/dt成比例。所述喷嘴针11的打开及关闭时刻在这种情况下始终随由所述压电元件48输出的电流的符号转变而产生。而后相应地探测到这种电流过零。

所述压电元件48可以以单层技术与打火机的点火石（Zündungspiezo）相类似尤其有利地结合电压52的分析来构成或者以多层技术尤其有利地结合电流的分析来构成。

本发明在这里在构造为磁阀-喷射器的喷射阀2的实施例上得到说明。但是本发明也可以用于压电喷射器。

Claims (9)

1. 用于确定时刻的方法，在所述时刻布置在喷射阀（2）中的喷嘴针（11）执行运动变化，其中在所述喷射阀（2）的控制室（24）中用传感器直接测量参量，该参量说明关于在所述控制室（24）中存在的压力（40）的变化曲线的情况，其中从所述用于压力（40）的变化的参量中来检测，所述变化曲线在哪个时刻具有极值（44、46）并且其中将该时刻识别为运动变化的时刻。

2. 按权利要求1所述的方法，其中作为运动变化来研究所述喷嘴针（11）的关闭并且确定所述关闭的时刻。

3. 按权利要求1或2所述的方法，其中作为运动变化来研究所述喷嘴针（11）的打开并且确定所述打开的时刻。

4. 按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中用布置在所述控制室（24）中的构造为压电元件（48）的传感器来测量所述参量。

5. 按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中作为参量来测量加载在所述压电元件（48）上的电压（52），其中从所述电压（52）中检测所述压力（40）的变化曲线并且就最小值的存在情况对其进行研究。

6. 按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中作为参量来测量通过所述压电元件（48）流动的电流并且从中求得在所述控制室（24）中存在的压力（40）的梯度并且就过零点的存在情况来对所述梯度的变化曲线进行研究。

7. 用于确定时刻的装置，在该时刻布置在喷射阀（2）中的喷嘴针（11）执行运动变化，其中所述装置具有传感器和分析机构，其中所述传感器构造用于在所述喷射阀（2）的控制室（24）中直接测量参量，该参量说明关于在所述控制室（24）中存在的压力的变化曲线的情况，其中所述分析机构构造用于从所述用于压力（40）的变化曲线的参量中检测，所述变化曲线在哪个时刻具有极值并且将该时刻识别为运动变化的时刻。

8. 按权利要求7所述的装置，该装置为测量作为参量的压力（40）而具有单层的压电元件（48）和电压测量仪，其中所述电压测量仪构造用于测量在所述压电元件（48）上加载的电压（52），并且其中所述分析机构构造用于借助于所测量的电压（52）来检测所述压力（40）的变化曲线。

9. 按权利要求7所述的装置，该装置为了测量作为参量的压力梯度而具有多层的压电元件（48）和电流测量仪，其中所述电流测量仪构造用于测量通过所述压电元件（48）流动的电流，并且其中所述分析机构构造用于借助于所测量的电流来检测压力梯度的变化曲线。

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