CN103154480A - 用于使喷射阀工作的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种喷射阀，具有喷嘴针，该喷嘴针在关闭位置禁止配给流体，否则允许配给流体。该喷射阀还具有固态促动器，该固态促动器被设计用于作用到喷嘴针上并影响喷嘴针的位置。按照第一工作模式(BMI)对于喷嘴针的关闭过程，执行第一工作阶段，在该第一工作阶段期间，把固态促动器放电到预定的部分电荷。还执行第二工作阶段，在该第二工作阶段期间，固态促动器作为传感器工作。适当地预先给定第二工作阶段的工作持续时间，使得在该工作持续时间期间到达喷嘴针的关闭位置。执行第三工作阶段，在该第三工作阶段期间，固态促动器进一步放电至预定的参考状态。按照第二工作模式，执行第一和第二工作阶段，且略去第三工作阶段。

Description

用于使喷射阀工作的方法和装置
本发明涉及用于使喷射阀工作的方法和装置，该喷射阀尤其用来测量流体，确切地说，特别是燃油。
有关设置在汽车中的内燃机的允许的有害物质排放的日益严格的法律规定要求采取各种能够降低有害物质排放的措施。这里的出发点是，降低在空气/燃油混合物的燃烧过程期间产生的有害物质排放。相关地，最好能非常精确地配给燃油。
另外，相关地也有利的是，在一个工作周期期间至少在一定的工作状态下进行多次喷射。
本发明的目的在于，提出用于使喷射阀工作的方法和装置，该装置或该方法能实现利用喷射阀精确地配给流体。
该目的通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求中给出了有利的设计。
本发明的特点是用于使带有唢嘴针的喷射阀工作的方法和装置，该喷嘴针在关闭位置禁止配给流体，否则允许配给流体。该喷射阀还具有固态促动器，该固态促动器被设计用于作用到喷嘴针上并影响其位置。按照第一工作模式对于喷嘴针关闭过程，执行第一至第三工作阶段。在第一工作阶段期间，把固态促动器放电到预定的部分电荷。在第二工作阶段期间，固态促动器作为传感器工作，确切地说，用于探测到达喷嘴针的关闭位置，其中，为此特别是对固态促动器的信号进行适当分析。适当地预先给定第二工作阶段的工作持续时间，使得在该工作持续时间期间到达喷嘴针的关闭位置。在执行第三工作阶段期间，固态促动器进一步放电至预定的参考状态特别是预定的参考电荷。
按照第二工作模式对于喷嘴针关闭过程，执行第一和第二工作阶段，而第三工作阶段被略去。
通过这种方式可以实现按照第一工作模式非常精确地配给流体，另一方面按照第二工作模式实现在两次前后相继的流体配给之间的非常短暂的配给间歇。这种短暂的配给间歇特别是在多次配给流体的情况下短暂地前后相继，因而例如处于内燃机的一个工作周期内，这有利于减少因燃烧而产生的有害物质排放，也可以有益地影响气缸压力曲线，且保持燃烧噪音较小。
根据一种有利的设计，在第三工作状态下针对关闭过程执行第一工作阶段，而第二和第三工作阶段被略去。于是可以通过这种方式按照第三工作模式实现再次缩短在两次前后相继的流体配给之间的配给间歇。
根据一种有利的设计，根据在前后相继的流体配给之间的所希望的配给间歇在各个工作模式之间进行切换。通过这种方式能够特别有针对性地采用各个工作模式，进而根据所希望的配给间歇尽可能有益地配给流体，特别是精确地配给流体。此外，也可以根据另一工作参数在各个工作模式之间切换。
根据另一有利的设计，借助充电观察器来估计在关闭过程结束时的剩余电荷量。
根据另一有利的设计，在随后的打开过程中根据所估计的剩余电荷量来调整固态促动器的充电持续时间，该剩余电荷量也可以是测得的剩余电荷量。替代地或附加地，可以在随后的打开过程中根据所求得的剩余电压来调整固态促动器的充电持续时间。通过这种方式特别是还可以按照第二和/或第三工作模式进行特别精确的流体配给。
根据另一有利的设计，根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整对有待输送给固态促动器的电能的调节。通过这种方式特别有益地也可以尤其按照第二和/或第三工作模式进行特别精确的流体配给。
根据另一有利的设计，调整固态促动器的电流给定值的曲线，由此对有待输送给固态促动器的电能的调节进行调整。由此也可以有益地特别是还按照第二和/或第三工作模式有助于非常精确地进行流体配给。
根据另一有利的设计，根据所估计的剩余电荷量来调整从固态促动器开始充电延续到开始放电的操控持续时间。
根据另一有利的设计，根据所估计的剩余电荷量来调整操控开始，该操控开始表示固态促动器开始充电。
根据另一有利的设计，根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整针关闭持续时间和/或针打开持续时间。
下面借助示意图详述本发明的实施例。其中：
图1示出带有控制装置的喷射阀；
图2示出按照第一工作模式在喷射阀工作时的信号曲线；
图3示出按照第一工作模式在喷射阀工作时的其它信号曲线；
图4示出按照第二工作模式在喷射阀工作时的信号曲线；
图5示出按照第三工作模式在喷射阀工作时的信号曲线；和
图6为状态机图示的状态过渡曲线图。
喷射阀具有喷射器壳体1(图1)，它还配设有连接板(Adapterplatte)2、喷嘴体4和喷嘴夹紧螺母6。喷嘴夹紧螺母把连接板2和喷嘴体4与喷射器壳体1耦连起来。原则上也可以把连接板2和/或唢嘴体4与喷射器壳体1一体地构造。
喷射器壳体1还具有流体入口8，该流体入口与流体输入件液压地耦连，该流体输入件例如包括流体高压蓄存器。
在喷嘴体4的内凹10中设置有喷嘴针12。在喷嘴体4中还构造有至少一个喷射孔14，该喷射孔从内凹10向外贯穿喷嘴体4。
喷射阀还包括传递机构16，该传递机构包括杆件和/或行程换向件，通过该传递机构可使得喷嘴针12与固态促动器18机械地耦连。
固态促动器18例如是压电促动器。但它也可以是本领域相关技术人员为此目的而已知的任何其它固态促动器，比如磁致伸缩的促动器。
还设置有电的接头20，通过该接头可使得喷射阀与控制装置22导电地耦连。
该控制装置22被设计用于根据至少一个工作参数来产生至少一个调节信号，该调节信号例如被规定用于操控喷射阀。相关地，工作参数包括任何测量参数，或者也包括由这些测量参数导出的参数。控制装置22还包括充电观察器24，该充电观察器被设计用于在喷嘴针朝向其关闭位置关闭的过程结束时估计剩余电荷量。
在喷嘴针12的关闭位置，它禁止经由至少一个喷射孔配给流体。在喷嘴针12的关闭位置之外，即当喷嘴针在轴向上沿着喷射阀的纵轴线处于在图面上相对于其关闭位置向上改变的位置时，它允许配给流体。为了进行流体配给，首先给固态促动器18输送电能，确切地说，通过输送预定的电荷来输送电能。
其结果是，固态促动器18在轴向上伸长，这种伸长通过传递机构16传递到喷嘴针12上。由此通过这种方式对喷嘴针12施加力，该力作用到喷嘴针上，使得喷嘴针12无需其它作用到该喷嘴针上的力即可从其关闭位置移动离开。在喷嘴针上特别是还作用着复位弹簧的弹力，以及作用着由内凹10中的流体的流体压力引起的液压力。因而于是根据作用到喷嘴针上的力的力平衡，喷嘴针12进行移动，并从其关闭位置离开。然而，为了使得喷嘴针移动出来，还必须克服其惯性力，因而由此产生所谓的电动液压的延迟持续时间T_EH，直到喷嘴针12实际上移动离开了其关闭位置。
在喷嘴针12的关闭过程期间，它从关闭位置之外的移动回到其关闭位置，对于该关闭过程，喷射阀可以按照不同的工作模式工作。
将借助图2详述第一工作模式BM1。在该第一工作模式的第一工作阶段BP1中，固态促动器放电到预定的部分电荷。在图2中示出了三个信号曲线，确切地说，是在固态促动器18上下降的检测到的电压U_AV、馈送给固态促动器18的检测到的电流I_AV和借助喷射阀配给的流体的检测到的流体配给速度ROI的曲线。检测到的电压U_AV、检测到的电流I_AV和流体配给速度ROI的曲线是关于时间t绘制而成的。
在第二工作阶段BP2中，固态促动器18作为传感器工作。第二工作阶段BP2的工作持续时间被预先给定，使得喷嘴针12在该工作持续时间期间到达关闭位置。
在第三工作阶段BP3进行期间，固态促动器18进一步放电到预定的参考状态，特别是预定的参考电荷。预定的参考电荷例如相当于彻底放电的固态促动器，因而导致固态促动器上的电压降例如为0V。部分电荷例如按如下方式被预先给定：使得固态促动器上的电压降为18-20V。
在图2中还示出了电动液压的延迟持续时间T_EH。
在图2中还示出了充电持续时间T_CHA。此外示出了操控开始SOI和操控结束EOI。操控持续时间用T_I表示。从到达关闭位置到电动液压的延迟持续时间T_EH结束，实际配给速度具有值0。
针打开持续时间从操控开始SOI延续至探测到到达喷嘴针12的预定的打开位置。针关闭持续时间从操控结束EOI延续至探测到到达喷嘴针12的关闭位置。
工作阶段2例如以大约80μs被预先给定，工作阶段3例如以大约100μs被预先给定。电动液压的延迟持续时间T_EH例如大约为150μs。其结果是，按照第一工作模式BM1，最短可实现例如330μs的配给间歇。
借助图3示出了按照第一工作模式BM1检测到的电压U_AV、检测到的电流I_AV、检测到的配给速度ROI和固态促动器18的检测到的电容Capa的关于时间t绘制的曲线。在图4中示出了按照第二工作模式BM2在喷射阀工作时的相应的曲线。在图5中示出了按照第三工作模式BM3在喷射阀工作时的关于时间t绘制的相应的曲线。
与第一工作模式BM1相反，按照第二工作模式BM2，执行第一工作阶段BP1，随后执行第二工作阶段BP2，而第三工作阶段被略去。通过这种方式，相比于第一工作模式BM1缩短了在两次前后相继的流体配给之间的最短可能的配给间歇。按照第二工作模式BM2，在固态促动器18中留下了少量的剩余电荷。通过剩余电荷特别是还缩短了电动液压的延迟持续时间T_EH。
按照第三工作模式BM3，执行第一工作阶段BP1，而第二和第三工作阶段BP2、BP3被略去。通过这种方式进一步缩短了最短的配给间歇。于是按照第三工作模式BM3，还略去了第二工作阶段BP2，从而也省去了固态促动器作为传感器的工作，并省去相应地探测喷嘴针12到达其关闭位置。
相关地，也可以按照第三工作模式在第一工作阶段中使固态促动器放电到相比于第二和/或第一工作模式BM2、BM1提高的部分电荷。这也有助于进一步缩短电动液压的延迟持续时间T_EH。
不同的工作模式BM1-BM3优选借助状态机来控制，该状态机借助图3示出且优选被设计成在控制装置22中的程序的形式，该程序存储在控制装置22的存储器内且在工作期间例如在控制装置22的相应的微处理器内被处理。
当满足条件C1时，进行从第一工作模式BM1到第二工作模式的状态过渡。当满足第二条件C2时，进行从第二工作模式到第一工作模式BM1的过渡。当满足条件C3时，进行从第二工作模式BM2到第三工作模式BM3的状态过渡。当满足第四条件C4时，进行从第三工作模式到第二工作模式BM2的状态过渡。当满足第五条件C5时，进行从第一工作模式BM1直接到第三工作模式的状态过渡。当满足第六条件C6时，进行从第三工作过渡BM3到第一工作模式BM1的状态过渡。条件C1-C6经过适当选择，从而切换到下一个较高的工作模式，即例如从第一工作模式BM1切换到第二工作模式BM2，如果所希望的配给间歇需要如此。在这里，例如为了满足条件C1可以要求所希望的配给间歇小于预定的第一阈值。针对第二条件C2可以规定，根据所希望的配给间歇是否大于第一阈值加上预定的滞后值来满足该条件。因此可以相应地设计条件C3-C6。
于是优选根据在关闭过程结束时借助充电观察器24估计的剩余电荷量，调整固态促动器18的给定电流值的曲线，和/或调整操控持续时间，和/或调整操控开始SOI和/或调整针飞行时间和/或调整针打开持续时间，由此时固态促动器18的充电持续时间T_CHA进行补偿，和/或补偿对有待输送给固态促动器18的电能的调节，和/或补偿对有待输送给固态促动器18的电能的调节。通过这种方式能够特别是按照第二工作模式BM2以及第三工作模式BM3实现量稳定，尽管还有部分电荷。
由于略去第三工作阶段BP3，特别是缩短了电动液压的延迟持续时间T_EH。例如借助一次或多次预喷射和一次主喷射，必要时还有一次或多次在后喷射，在内燃机的一个工作周期内进行多次流体配给。上述补偿功能优选也可以取决于一个或多个工作参数。

Claims (11)

1.一种用于使喷射阀工作的方法，该喷射阀带有：
-喷嘴针(12)，该喷嘴针在关闭位置禁止配给流体，否则允许配给流体；
-固态促动器(18)，该固态促动器被设计用于作用到喷嘴针(12)上并影响喷嘴针的位置，
其中，按照第一工作模式(BM1)对于喷嘴针(12)的关闭过程，
-执行第一工作阶段(BP1)，在该第一工作阶段期间，把固态促动器(18)放电到预定的部分电荷，
-执行第二工作阶段(BP2)，在该第二工作阶段期间，固态促动器(18)作为传感器工作，适当地预先给定第二工作阶段的工作持续时间，使得在该工作持续时间期间到达喷嘴针(12)的关闭位置，
-执行第三工作阶段(BP3)，在该第三工作阶段期间，固态促动器(18)进一步放电至预定的参考状态，
其中，按照第二工作模式(BM2)对于关闭过程，
-执行第一工作阶段(BP1)，
-执行第二工作阶段(BP2)，且
-略去第三工作阶段(BP3)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，按照第三工作模式(BM-3)对于关闭过程，
-执行第一工作阶段(BP1)，
-略去第二工作阶段(BP2)，且
-略去第三工作阶段(BP3)。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据在前后相继的流体配给之间的所希望的配给间歇在各个工作模式(BM1、BM2、BM3)之间进行切换。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助充电观察器(24)来估计在关闭过程结束时的剩余电荷量。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在随后的打开过程中根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整固态促动器(18)的充电持续时间(T_CHA)。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整对有待输送给固态促动器(18)的电能的调节。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调整固态促动器(18)的电流给定值的曲线，由此对有待输送给固态促动器(18)的电能的调节进行调整。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整从固态促动器(18)开始充电延续到开始放电的操控持续时间(T_I)。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整操控开始(SOI)，该操控开始表示固态促动器(18)开始充电。
10.如前述权利要求中任一项听述的方法，其中，根据所估计的剩余电荷量和/或所求得的剩余电压来调整针飞行时间和/或针打开持续时间。
11.一种用于使喷射阀工作的装置，该喷射阀带有：
-喷嘴针(12)，该喷嘴针在关闭位置禁止配给流体，否则允许配给流体；
-固态促动器(18)，该固态促动器被设计用于作用到喷嘴针(12)上并影响喷嘴针的位置，
其中，该装置被设计用于按照第一工作模式(BM1)对于喷嘴针(12)的关闭过程，
-执行第一工作阶段(BP1)，在该第一工作阶段期间，把固态促动器(18)放电到预定的部分电荷，
-执行第二工作阶段(BP2)，在该第二工作阶段期间，固态促动器(18)作为传感器工作，适当地预先给定第二工作阶段的工作持续时间，使得在该工作持续时间期间到达喷嘴针(12)的关闭位置，
-执行第三工作阶段(BP3)，在该第三工作阶段期间，固态促动器(18)进一步放电至预定的参考状态，
其中，该装置还被设计用于按照第二工作模式(BM2)对于关闭过程，
-执行第一工作阶段(BP1)，
-执行第二工作阶段(BP2)，且
-略去第三工作阶段(BP3)。
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