CN103403326B - 喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的喷射装置(1)，所述喷射装置具有压电致动器(5)、能够通过所述压电致动器(5)运动的阀活塞(3)以及用于操控所述压电致动器(5)的控制单元(7)，其中所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于对所述压电致动器(5)加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)并且确定所述压电致动器(5)与所述阀活塞(3)之间的空行程(27)或者通过所述空行程(27)引起的延时(18′)。此外，所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于如此选择所述脉冲能量，使得所述压电致动器(5)的通过所述脉冲中的至少一个脉冲(17′)引起的运动的最大的偏移(20′)小于所述空行程(27)，而所述压电致动器(5)的通过所述脉冲中的至少一个其他的脉冲(17″′)引起的运动的最大的偏移(20″′)则大于所述空行程(27)，在所述脉冲(17′、17″、17″′)中的每个脉冲之后在通过相应的脉冲(17′、17″、17″′)引起的运动期间检测加载在所述压电致动器(5)上的电压信号(22′、22″、22″′)的频谱(32′、32″、32″′)，并且由所述频谱(32′、32″、32″′)求得所述空行程(27)或者延时(18″)。此外，本发明涉及一种相应的方法。

Description

喷射装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的喷射装置以及一种用于确定压电致动器与用于在内燃机中喷射燃料的喷射器的能够通过所述压电致动器来运动的阀活塞之间的空行程或者用于确定通过所述空行程引起的延时的方法。
背景技术
熟知的用于内燃机的喷射装置包括一个具有用于控制燃料流量的阀活塞和用于使所述阀活塞运动的压电致动器的喷射器以及一个用于对所述压电致动器进行操控的控制单元。在此，所述控制单元在程序技术方面设置用于向所述压电致动器加载电脉冲并且由此在通过所述电压致动器施加到所述阀活塞上的力大于反作用力时引起所述阀活塞的运动。对于所述内燃机的无故障的运行来说，需要时间精确地控制喷射时刻和喷射持续时间，所述喷射时刻和喷射持续时间通过所述阀活塞的运动来调节。
尤其压电致动器与阀活塞之间的所谓的空行程阻碍了所述时间精确的控制。所述空行程被定义为一段路程，所述压电致动器在其能够使所述阀活塞运动之前必须以该路程为振幅来运动或者伸展。因此，所述空行程在对于所述压电致动器的操控与所述阀活塞的运动之间引起延时。在当前的文献中，空行程这个概念在此不仅可以表示与所述空行程相对应的长度，而且也可以表示其它的参量，所述其它的参量在单词的狭隘的意义上适合用作用于这个空行程-也就是说用于所提到的长度的尺寸，比如电脉冲的电荷量或者能量，所述电荷量或者能量让所述压电致动器克服所述空行程。但是，由于机械的公差、温度波动、燃料的磨合特性(Einlaufverhalten)以及磨损，所述空行程的准确的大小通常并不知道并且除此以外经受变化。为了尽管如此也可以保证内燃机的无故障的运行，因此需要确定所述空行程或者通过所述空行程引起的延时并且在操控所述压电致动器时对其加以考虑。
在一种熟知的用于确定所述空行程的方法中，向所述压电致动器加载具有不同的脉冲能量的电脉冲。额外地在所述脉冲中的每个脉冲之前及之后借助于压力计来测定高压储存器(油轨)中的流体静力的压力，所述喷射装置向所述高压储存器供给燃料。如果在此所述脉冲之一的脉冲能量如此之大，使得所述压电致动器克服所述空行程和反作用力，那么所述压电致动器就使所述阀活塞运动并且在油轨中引起压力突降。对于相应的脉冲能量来说开始这种压力突降，知道所述相应的脉冲能量就能够在所述内燃机的运行过程中对对于所述压电致动器的操控进行调整。这种方法的缺点在于，不能在转速、轨压或者每秒喷射过程的次数为任意的数值时实施所述方法。此外，如果通过同一个油轨来向多个喷射器供给燃料，那么有时候所述油轨中的压力突降不能明确地追溯到单个的喷射器。
在另一种熟知的按DE 10 2009 018 289所述的用于确定空行程的方法中，同样向所述压电致动器加载具有不同的脉冲能量的电脉冲。在加载过程结束之后并且在所定义的等候时间之后确定加载在所述压电致动器上的电压，所述电压的差与向所述压电致动器施加的力的变化相关联。如果所述脉冲能量足够大，用于使所述阀活塞运动并且由此在所述油轨中引起压力突降并且随着所述压力突降而出现通过所述阀活塞施加到所述压电致动器上的力的变化，那么这种变化就能够通过所述压电致动器上的电压来探测到。对于相应的脉冲能量来说开始所述力的变化，这里知道所述相应的脉冲能量就能够在所述内燃机的运行过程中对对于所述压电致动器的操控进行调整。这种方法的缺点在于，该方法不能用在所谓的压力平衡的阀的阀活塞上，对于所述压力平衡的阀来说通过所述阀活塞施加到所述压电致动器上的力不取决于所述轨压。但是，刚好这样的阀在运行中尤其成本低廉，因为所述用于使这些阀运动的压电致动器需要的力更少并且由此可以设计得更小。
发明内容
本发明的技术任务由此在于，如此设置用于内燃机的喷射装置的控制单元，由而能够尽可能精确地确定压电致动器与能够用所述压电致动器来运动的阀活塞之间的空行程或者通过所述空行程引起的延时并且更确切地说尽可能在不取决于运行状态并且不取决于所述喷射装置的特殊的结构形式的情况下来做到这一点。所述任务同样包括提出一种方法，用该方法可以实施所述确定过程。
该任务通过一种按本发明的喷射装置以及一种按本发明的方法得到解决。本发明的有利的实施方式在下文中找到。
按照本发明，提出一种用于内燃机的喷射装置，该喷射装置包括一个具有用于对燃料流量进行控制的阀活塞并且具有用于使所述阀活塞运动的压电致动器的喷射器以及一个用于对所述压电致动器进行操控的控制单元，其中所述控制单元在程序技术方面设置用于向所述压电致动器加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲并且确定所述压电致动器与所述阀活塞之间的空行程或者通过所述空行程引起的延时，其中此外所述控制单元在程序技术方面设置用于，
-如此选择所述脉冲能量，使得所述压电致动器的通过所述脉冲中的至少一个脉冲引起的运动的最大偏移小于所述空行程，而所述压电致动器的通过所述脉冲中的至少一个其他的脉冲引起的运动的最大的偏移则大于并且更确切地说优选仅仅细微地大于所述空行程，
-在所述脉冲中的每个脉冲之后在通过相应的脉冲引起的运动期间检测加载在所述压电致动器上的电压信号的频谱，并且
-由所述频谱求得所述空行程或者所述延时。
同样提出一种用于确定压电致动器与用于在内燃机中喷射燃料的喷射器的能够通过所述压电致动器来运动的阀活塞之间的空行程或者用于确定通过所述空行程引起的延时的方法，其中向所述压电致动器加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲，其特征在于以下步骤：
-如此选择所述脉冲能量，由而使得所述脉冲中的至少一个脉冲使所述压电致动器偏移得小于所述空行程，而所述脉冲中的至少一个其他的脉冲则使所述压电致动器偏移得大于、优选仅稍微大于所述空行程，
-在所述脉冲中的每个脉冲之后在所述压电致动器的通过所述相应的脉冲引起的运动期间检测加载在所述压电致动器上的电压信号的频谱，并且
-由所述频谱求得所述空行程或者所述延时。
在此所述控制单元典型地设置用于通过将电压加载在所述压电致动器上的方式来向所述压电致动器加载电脉冲。所述压电致动器的操控时间而后是时间间隔，在该时间间隔之内所述电压不等于零或者超过特定的阈值。加载时间是所述操控时间的第一区段，在该第一区段之内加载电流流向所述压电致动器，使得所述压电致动器获得长度变化。如果不再有电流流向所述压电致动器，则所述加载时间结束。卸载时间是所述操控时间的最后一个区段，在该区段之内卸载电流由所述压电致动器上流走。如果不再有电流由所述压电致动器上流走，则所述卸载时间结束。
优选所述控制单元设置用于相应地在偏移时间间隔之内检测所述电压信号，所述偏移时间间隔最大由所述加载时间的结束一直延伸到所述卸载时间的开始。在所述偏移时间间隔中，所述压电致动器基本上以长度变化的振幅来偏移。所述控制单元在通过相应的脉冲引起的运动期间设置用于检测所述电压信号，所述通过相应的脉冲引起的运动因而尤其包括所述偏移时间间隔，在该时间间隔之内所述运动典型地通过振动来主宰，所述振动的精确的特性非常敏感地取决于这一点，即所述运动的最大的偏移是小于还是至少稍许大于所述空行程，也就是说所述压电致动器是否碰撞到所述阀活塞上的支座。
优选所述控制单元设置用于在所述加载时间里将所述加载电流相应地在很大程度上或者精确地保持恒定。在这种情况下，所述脉冲的脉冲能量、长度变化和加载时间相应地至少在很大程度上相地于彼此成比例。对于长度变化来说，适用相对于相应的脉冲能量的比例关系，并且在加载电流恒定时至少适用相对于相应的加载时间的比例关系，只要所述长度变化小于或者等于所述空行程。如果所述压电致动器通过一个脉冲刚好以所述空行程的振幅偏移，那么相应的加载时间或者相应的脉冲能量就因此可以用作用于所述空行程的尺度。尤其所述加载时间在这种情况下等于通过所述空行程引起的延时。对于所述脉冲的相应相同的恒定的加载电流来说，由此相应的脉冲能量的求取或者相应的加载时间的求取与所述空行程的求取或者通过所述空行程引起的延时的求取相同，对于所述相应的脉冲能量或者相应的加载时间来说所述长度变化等于所述空行程。
为了检测所述电压信号，所述控制单元设置用于将所述压电致动器用作电压传感器。在这种情况下，所述电压信号的数值典型地相应地与作用于所述压电致动器的力成比例。所述至少一个运动的最大的偏移小于所述空行程，在出现所述至少一个运动的情况下作用于所述压电致动器的力包括所述压电致动器的惯性力和复位力。所述至少另一种运动的最大的偏移大于所述空行程，在出现所述至少另一种运动的情况下作用于所述压电致动器的力额外地至少部分地包括所述阀活塞的惯性力和复位力。所述控制单元可以设置用于由所述电压信号比如扣除基础值(Sockelwert)(Offset)并且而后将所述电压信号输送给频率分析算法，比如FFT-算法，所述频率分析算法提供所述频谱。可以为所述频谱相应地分配相应的脉冲的脉冲能量或者脉冲长度或者加载时间或者加载量，所述脉冲引起所述运动，在所述运动期间检测以所述频谱为基础的电压信号。
按本发明由所述频谱求得所述空行程或者所述延时，这使以下做法没有必要，即所述阀活塞通过所述压电致动器以如此程度运动，由而打开所述喷射器，以至于比如在高压储存器中引起压力突降。因此，可以特别快地求得所述空行程。因此，按本发明的求取方法也能够在不取决于轨压的情况下实施。所述方法因此可以用所提出的喷射装置在不取决于所述喷射装置或者内燃机的运行状态的情况下来实现。尤其可以在与现有技术不同的情况下使用具有任意的结构形式的阀活塞的喷射器。压力平衡的以及压力加荷的阀同样是合适的。将所述压电致动器用作传感器，由此不需要额外的硬件。
在本发明的一种有利的实施方式中，如此构成所述喷射器，使得所述压电致动器的运动包括所述压电致动器的机械的振动并且所述电压信号与所述振动相关联，其中所述频谱在出现至少一个运动的情况下并且在出现至少另一种运动的情况下各不相同，其中所述至少一个运动的最大的偏移小于所述空行程，其中所述至少另一种运动的最大的偏移则大于所述空行程，并且其中所述控制单元在程序技术方面设置用于确定这些频谱之间的差别。所述振动首先在所述偏移时间间隔中也就是说在所述压电致动器由于所述加载脉冲以所述长度变化的振幅偏移之后进行。在出现首次提到的运动的情况下，所述频谱通过所述压电致动器的质量和刚度来确定。在出现所述至少另一种运动的情况下，所述频谱额外地至少部分地通过所述阀活塞的质量和刚度来确定。只要所述压电致动器的最大的偏移小于所述空行程，那么所述频谱就在向所述压电致动器加载所述脉冲的不同的脉冲能量时仅仅些许地变化，因为相应地所述压电致动器的相同的质量和相同的刚度确定所述频谱的形状。但是，一旦所述脉冲的脉冲能量大于为克服所述空行程而必需的脉冲能量，那么所述频谱就在向所述压电致动器加载所述脉冲的增加的脉冲能量时明显地变化。也就是说，随着所述脉冲的增加的脉冲能量，所述压电致动器将越来越多的相应的脉冲能量传输到所述阀活塞上，使得相应的频谱随着上升的脉冲能量以增加的程度通过所述阀活塞的质量和刚度来确定。所述控制单元因而优选设置用于尤其确定频谱之间的所描述的差别。
通常所述喷射器包括用于打开并且关闭所述喷射器的喷射口的喷嘴针，其中所述阀活塞设置用于通过所述喷嘴针来引起所述喷射口的打开和关闭，并且更确切地说对于相应的喷射器的典型的结构来说间接地引起所述喷射口的打开和关闭。通过所述喷射口，在喷嘴针打开时将燃料喷射到所述内燃机的燃烧室中。优选所述阀活塞布置在阀中，该阀调节控制室中的流体静力的压力，所述控制室通过燃料管路与所述高压储存器相连接。在此所述阀可以构造为压力平衡的阀或者构造为压力加荷的阀。所述控制室中的压力而后作用于所述喷嘴针并且控制所述喷嘴针的打开和关闭。所述喷嘴针的打开和关闭可以额外地通过喷嘴弹簧来控制。
本发明的一种特别有利的设计方案规定，所述控制单元在程序技术方面设置用于如此选择所述脉冲的最大的脉冲能量和/或最大的加载时间和/或最大的操控时间，使得所述喷射口保持关闭的状态。这一点因而包含这种情况，即在求取所述空行程时没有将燃料喷射到所述燃烧室中。因为所述阀活塞直接或者间接引起所述喷嘴针的打开和关闭，所以这一点此外意味着，所述阀活塞根本没有运动或者仅仅非常细微地运动。因此为了求取所述空行程，在这种情况下需要的时间特别少并且花费的能量特别少。
所述喷射装置的另一种有利的实施方式规定，所述控制单元在程序技术方面设置用于在所述喷射器的正常运行中如此向所述压电致动器加载脉冲，由而在时间上在两次喷射过程之间进行加载。在这种情况下，可以在正常运行中重复地求取所述空行程。尽管所述用于求取空行程的方法如所描述的一样能够在所述喷射装置或者内燃机的任意的运行状态中来实施，但是可以设想，所述空行程本身随着运行状态而变化。比如可以设想，所述阀活塞在所述轨压特别高时被轻易地朝所述压电致动器挤压。因此，在运行状态变换时可能有利的是，重复地确定所述空行程。尤其在正常运行中在两次喷射过程之间求取空行程时，证实有利的是，如此选择所述脉冲能量，使得所述喷射口由于向所述压电致动器加载脉冲而保持封闭的状态，因而在所述两次喷射过程之间没有进行进一步的喷射并且没有妨碍运行。
在本发明的另一种有利的改进方案中，所述喷射装置包括用于将燃料提供给所述喷射器的高压储存器以及与所述控制单元相连接的用于至少在所述脉冲中的每个脉冲之前和/或之后对所述高压储存器中的流体静力的压力进行检测的压力计，其中所述控制单元额外地在程序技术方面设置用于由所述高压储存器中的压力降求得所述空行程或者所述延时。此外，这种处理方式应该称为液压的方法。对于所述液压的方法来说，所述空行程通过相应的脉冲能量来给定或者说可以由相应的脉冲能量中来确定，对于所述相应的脉冲能量来说所述压力降由于向所述压电致动器加载相应的脉冲而开始。在此，特别有利的是，将这种方法与在这里所描述的由所述频谱中求取所述空行程的方法组合起来并且使这两种处理方式的结果相关联。因而优选在所述脉冲中的每个脉冲之后根据相应的脉冲能量不仅确定所述频谱而且确定所述高压储存器中的压力。用所述液压的方法来求得的空行程或者说相应的脉冲能量或者延时形成一个重要的参考值，因为所述高压储存器中的压力突降与所述喷射过程重合或者直接先行于所述喷射过程。
本发明的一种特别有利的改进方案规定，所述控制单元在程序技术方面设置用于在所述空行程或者所述延时的基础上对所述压电致动器的旨在打开所述喷射口的操控进行校正。优选在此通过对于所述压电致动器的操控时间的调整来进行所述校正。所述校正优选在所述内燃机的正常运行中使用，其中应该对由所述空行程中产生的延时进行补偿。由此可以以很高的精确度来控制喷射时刻和喷射时间，所述喷射时间至少差不多与所喷射的燃料量成比例。本发明的这种改进方案可以以有利的方式与所有前面和接下来所提到的实施方式相组合。
此外，特别有利的是，由所述频谱中求取空行程和延时的方法包括在所述频谱中的每个频谱中确定固有频率和/或最大振幅这个方面。每个频谱都包括振幅值，所述振幅值分别被明确地配属于频率值。最大振幅相应地是所述振幅值中的最大振幅值。所述固有频率则相应地是配属于所述最大振幅值的频率值。所述最大振幅和所述固有频率相应地表征所述压电致动器的由相应的具有相应的脉冲能量的脉冲引起的运动。
也有利的是，由不同的频谱的固有频率中确定最大的固有频率并且由配属于所述最大的固有频率的脉冲的脉冲能量-或者脉冲长度或者电流积分-求得所述空行程或者所述延时并且/或者由所述频谱的最大振幅中确定最小的最大振幅并且由配属于所述最小的最大振幅的脉冲的脉冲能量-或者脉冲长度或者电流积分-求得所述空行程或者所述延时。
在此特别有利的是，向所述压电致动器加载具有按照时间顺序增加的脉冲能量的脉冲，并且在固有频率曲线已经超过局部的最大值时或者在振幅曲线已经超过局部的最小值时结束用脉冲加载的过程，其中所述固有频率曲线作为所述脉冲的脉冲能量或者加载时间或者加载量的函数包括所述固定频率，并且其中所述振幅曲线作为所述脉冲的脉冲能量或者加载时间的函数包括所述最大振幅。也就是说已经表明，所述固有频率曲线典型地对于相应的脉冲能量来说或者对于相应的加载时间来说具有局部的最大值，通过所述相应的脉冲能量或者相应的加载时间相应的脉冲刚好引起所述压电致动器的与空行程相对应的长度变化。相应地，根据经验所述振幅曲线对于所述脉冲能量来说或者对于所述加载时间来说具有局部的最小值，通过所述脉冲能量或者所述加载时间相应的脉冲刚好引起所述压电致动器的与空行程相对应的长度变化。通过加载具有按照时间顺序增加的脉冲能量的脉冲并且在超过所述固有频率曲线的局部的最大值之后或者在超过所述振幅曲线的局部的最小值之后结束所述加载过程这种方法，以特别节省时间和能量的方式来求取所述空行程，而在此没有触发不必要的喷射过程。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。附图示出如下：
图1a是喷射装置的剖面；
图1b是来自图1a的详细视图；
图2a是加载在压电致动器上的电压的时间上的曲线；
图2b是电脉冲，在此向所述压电致动器加载所述电脉冲；
图2c是所述压电致动器的长度变化的时间上的曲线；
图2d是多个具有增加的脉冲能量的电脉冲，在此向所述压电致动器加载所述电脉冲；
图3a-d是所述压电致动器以及阀活塞的在出现所述压电致动器的不同的偏移时的示意图；
图5是由所述压电致动器的运动求得的频谱；
图6是固有频率曲线和振幅曲线，由所述固有频率曲线和振幅曲线中能够相应地确定所述压电致动器与所述阀活塞之间的空行程；
图7是高压储存器中的由于向所述压电致动器加载图2d的脉冲而产生的流体静力的压力的曲线；并且
图8是用数学方法来表达的用于对所述压电致动器的操控时间进行校正的算法。
具体实施方式
图1a示出了用于机动车(未示出)的内燃机(未示出)的喷射装置1的剖面。所述喷射装置1包括喷射器2，该喷射器则具有用于对流入控制室4中并且由该控制室中流出的燃料流量进行控制的阀活塞3并且具有用于使所述阀活塞3运动的压电致动器5。所述阀活塞3是压力平衡的伺服阀6的一部分，所述伺服阀对由所述控制室4中流出的燃料进行控制。此外，所述喷射装置1包括用于对所述压电致动器5进行操控的控制单元7，该控制单元构造为能够编程的微型控制器。此外，所述喷射装置1包括也被称为油轨的高压储存器8，该高压储存器用于将燃料(未示出)通过燃料管路9提供给所述喷射器2。在所述高压储存器8中布置了用于对该高压储存器8中的流体静力的压力(轨压)进行检测的压力计10，其中所述压力计10通过电的连接线11与所述控制单元7相连接。最后，所述喷射器2具有用于打开并且关闭所述喷射器2的喷射口13的喷嘴针12。所述喷嘴针12能够在针室16中运动。在喷射口13打开时，在喷射过程中将燃料由所述喷射器2喷射到所述内燃机的燃烧室中。未示出的燃料比如是汽油。所述轨压在所述喷射装置1的运行的过程中典型地处于200与2000bar之间。
图1b示出了图1a的控制室4的详细视图。在这里并且在下面重复的特征分别设有相同的附图标记。可以看到所述压力平衡的伺服阀6的阀活塞3，所述伺服阀6除了所述阀活塞3之外还包括阀弹簧，该阀弹簧在所述压电致动器5没有将力施加到所述阀活塞上时将所述伺服阀6关闭。如果所述伺服阀6关闭，那就阻止燃料由所述控制室4中流出。由于所述燃料管路9，所述控制室4中的以及所述喷嘴室16中的流体静力的压力耦合到所述轨压上。所述控制室4中的压力以及喷嘴弹簧15负责这一点，即作用于所述喷嘴针12的力在所述伺服阀6关闭时克服所述喷嘴室16中的压力将所述喷嘴针12保持关闭的状态并且将所述喷射口13封闭(图1a)。如果借助于所述压电致动器5来使所述伺服阀6的阀活塞3朝第一方向运动并且克服所述阀弹簧14的反作用力来打开所述阀活塞3，那么燃料就通过所述伺服阀6由所述控制室4中流出来。由此所述控制室4中的压力和所述高压储存器8中的压力下降。高压储存器8、控制室4与喷嘴室16之间的通过所述燃料管路9来转接的流体静力的耦合引起这一点，即作用于所述喷嘴针12的力使所述喷嘴针12克服所述喷嘴弹簧15的反作用力朝所述控制室4的方向运动，使得所述喷嘴针12释放所述喷射口13并且将燃料喷射到所述燃烧室中。通过所述压电致动器5的朝与第一方向相反的方向的运动引起所述伺服阀6的再度的关闭，这通过所述喷嘴针12引起所述喷射口13的封闭，由此结束喷射过程。所述阀活塞3因此设置用于通过所述喷嘴针12引起所述喷射口13的打开和关闭。
为了求取所述压电致动器5与所述阀活塞3之间的空行程27(图3)，所述在图1a中示出的喷射装置1的控制单元7设置用于向所述压电致动器5加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲17′、17″等等(参见图1b)。图2b示范性地详细地示出了这些脉冲17′、17″等等中的一个脉冲17。在此图2b中的脉冲17通过在加载时间18里流向所述压电致动器6的加载电流来产生，所述加载电流由于由所述控制单元7加载在所述压电致动器5上的电压19而流向所述压电致动器5，其中在图2a中示出了所述电压19的时间上的曲线。所述加载时间大约为120微秒。在加载时间18里，所述压电致动器5获得与所述电压19成比例的在图2c中示出的长度变化20。在所述加载时间18上连接着偏移时间间隔21，所述偏移时间间隔由所述加载时间18的结束一直延伸到卸载时间24的开始。所述电压19的最大的数值在图2a中大约为60伏特，所述长度变化20的最大的数值在图2c中大约为6微米。
同样在图2a中可以看出，在所述偏移时间间隔21中加载在所述压电致动器5上的振荡的电压信号22与所述电压19叠加。这归因于所述压电致动器5的机械的振动23，在达到所述压电致动器5的最大的长度变化20时通过所述压电致动器5的惯性和刚度触发所述机械的振动。如果所述压电致动器5由于所述长度变化20而如此偏移，使得其与所述阀活塞3的支座相接触(参见图3c和3d)，那么所述机械的振动23就至少部分地也受到所述阀活塞3的惯性和刚度的影响。在图2c中示出了所述振动23与所述压电致动器5的通过由所述控制单元7加载在压电致动器5上的电压19引起的长度变化20重叠的情况。所述电压信号22通过压电的效应与所述压电致动器的机械的振动23相关联。在所述偏移时间间隔21上连接着卸载时间24，在所述卸载时间24里由所述控制单元7加载在压电致动器5上的电压19和所述长度变化20分别又降低到零。所述卸载时间同样大约为120微秒。所述电压19在卸载时间24里降低，这引起卸载脉冲25。但是，作为本发明意义上的电脉冲，相应地仅仅应该是指通过在加载时间18里流向所述压电致动器5的加载电流产生的脉冲17。
所述控制单元7设置用于在所述加载时间18里将所述脉冲17的加载电流相应地大致保持恒定，使得用于多个脉冲17′、17″等等中的每个脉冲的加载电流(图2d)为相同大小。由此所述脉冲的脉冲能量与所述加载时间18成比例。所述加载时间由此是用于脉冲能量的尺度。通过所述加载时间18、所述偏移时间间隔21以及所述卸载时间24产生的时间间隔是所述压电致动器5的操控时间26，该操控时间在图2a中大约为300微秒(图2a中的时间刻度在这个范围内不是线性的刻度)。在所述操控时间26里，由所述控制单元7加载在压电致动器5上的电压19不等于零并且所述压电致动器5进行了偏移。因而在所述操控时间26里，所述压电致动器5完成通过所述电脉冲17引起的运动。由所述长度变化20以及与该长度变化重叠的机械的振动23中产生所述压电致动器5的运动的偏移。
所述脉冲17′、17″等等中的一些脉冲在图2d中示出。所述控制单元7设置用于向所述压电致动器5加载脉冲17′、17″等等。所述加载电流对于不同的脉冲17′、17″等等来说在此分别相同并且为3A。所述脉冲17′、17″等等的区别相应地仅仅在于不同的加载时间18′、18″等等，所述加载时间以时间上的顺序增加。因而由所述控制单元7通过所述脉冲17′、17″等等向所述压电致动器5加载增加的脉冲能量，其中所述脉冲能量在这里线性地增加。在图2d中非线性地示出了时间刻度。这应该考虑到这样的事实，即所述脉冲17′、17″等等中的每两个脉冲之间的时间间隔31′、31″通常显著地长于所述加载时间18′、18″等等。所述时间间隔31′、31″等等可能为数微秒长。
图3示意性地示出了所述压电致动器5以及所述阀活塞3，所述压电致动器5及阀活塞3分别具有圆筒形的形状并且沿着共同的圆筒轴线来布置。图3a示出了所述压电致动器5的处于未偏移的位置中的情况。在图3b到3d中借助于所述控制单元7相应地向所述压电致动器5加载图2d的电脉冲17′、17″、17″′。相应的脉冲能量因而由图3b到图3d相应地线性地增加。在此相应地示出了所述压电致动器5的在偏移时间间隔21′、21″、21″′里的情况(参见图4)。所述压电致动器因而相应地处于完全偏移的位置中，在所述完全偏移的位置中所述压电致动器5实施机械的振动23′、23″、23″′。
图3a中的未偏移的压电致动器5与阀活塞3之间的间距(图3)是空行程27，该空行程在这里应该大约为4微米。所述空行程27引起通过所述控制单元7对所述压电致动器5进行的操控与所述阀活塞3的由所述压电致动器5引起的并且在正常运行中试图实现的运动之间的延时。借助于所述喷射装置1和所描述的方法，应该确定所述空行程27或者用于该空行程的尺度。为了所述压电致动器5可以与所述阀活塞3相接触并且使其运动，所述长度变化20必须大于或者等于所述空行程27。
在图3b中，由所述脉冲17′(参见图2a)引起的偏移20′小于所述空行程27，因而所述压电致动器5和所述阀活塞3没有接触。由所述压电致动器5以这种偏移20′实施的机械的振动23′(参见双箭头)因而仅仅受到所述压电致动器5的惯性和刚度的影响。
在图3c中示出了一种情况，在该情况中所述脉冲17″的脉冲能量(参见图2d)稍许大于所述脉冲17′的脉冲能量。所述压电致动器5的通过脉冲17″引起的偏移20″比所述空行程27大一点。由所述压电致动器5以这种偏移20″实施的机械的振动23″(参见双箭头)因而不仅受到所述压电致动器5的惯性和刚度的影响，而且也至少部分地受到所述阀活塞3的惯性和刚度的影响，因为由于压电致动器5与阀活塞3之间的接触而至少将振动能量的一部分由所述压电致动器5传递到所述阀活塞3上。
图3d也示出了一种情况，在该情况中所述脉冲17″′的脉冲能量(参见图2d)大于所述脉冲17′和17″的脉冲能量。所述压电致动器5的通过所述脉冲17″′引起的偏移20″′大于所述空行程27，使得所述阀活塞3通过所述压电致动器5来运动。由所述压电致动器5以这种偏移20″′实施的机械的振动23″′(参见双箭头)决定性地受到所述阀活塞3的惯性和刚度的影响。如果所述振动23″′的振动振幅28由于所述压电致动器5的偏移20″′而小于所述阀活塞3的偏移29，则尤其出现上述情况。在这种情况下，所述压电致动器5和阀活塞3在振动23″′的过程中处于持久的接触之中。
所述压电致动器5的由所述脉冲17′、17″和17″′(图2d)引起的尤其包括振动23′、23″、23″′(图3b到3d)的运动通过所述压电的效应与加载在所述压电致动器5上的电压信号22′、22″、22″′相关联。图4中的标法与图2a中的标法相类似。所述脉冲17′、17″和17″′的脉冲能量(图2d)在图4中以加载时间18′、18″、18″′的形式反映出来，也就是说，所述脉冲能量与相应的加载时间18′、18″和18″′成比例。
为了按照本发明求得所述空行程27(参见图3)，所述控制单元7现在设置用于在相应的脉冲17′、17″和17″′之后在图4中因而分别在所述加载时间18′、18″和18″′结束之后检测所述相应的电压信号22′、22″和22″′(图4)的频谱32′、32″和32″′。这通过以下方式来进行，即分别在偏移时间间隔21′、21″和21″′中对所述电压信号22′、22″和22″′进行采样并且比如将其输送给FFT算法。所述采样相应地以5μs的时间步距来进行。图4中的操控时间26在此为500μs。
由所述信号22′、22″和22″′中产生的频谱32′、32″和32″′在图5中示出。所述频谱在横坐标33上分别包括频率值，在纵坐标34上分别为所述频率值刚好分配了一个振幅值。所述配属于脉冲17′、17″和17″′(图2d和3)的频谱32′、32″和32″′(图5)各不相同。
所述控制单元7设置用于确定所述频谱32′、32″和32″′之间的区别，方法是其为所述频谱32′、32″和32″′分别确定最大振幅35′、35″和35″′，为所述最大振幅分别分配了固有频率36′、36″和36″′。在图5中可以清楚地看出，所述被配属于脉冲17″的频谱32″在所述三个所示出的频谱32′、32″和32″′中具有最大的固有频率36″和最小的最大振幅35″，其中对于所述脉冲17″来说所述压电致动器5的偏移20″大致与所述空行程27相等(图3)。所述固有频率36′、36″和36″′以及所述最大振幅35′、35″和35″′表征每个频谱。所述控制单元7设置用于根据所述固有频率36′、36″和36″′并且/或者根据所述最大振幅35′、35″和35″′来区分所述频谱32′、32″和32″′。
在图5中示出的频谱32′、32″和32″′仅仅示范性地代表着多个频谱，所述控制单元7设置用于在多个脉冲17′、17″等等中的每个脉冲之后(图2d)检测所述频谱。图6示出了固有频率曲线37，该固有频率曲线作为相应的加载时间18′、18″和18″′的函数示出了借助于所述控制单元7由所述频谱32′、32″和32″′中确定的固有频率36′、36″和36″′。图6也示出了振幅曲线38，该振幅曲线作为相应的加载时间18′、18″和18″′的函数示出了借助于所述控制单元7由所述频谱32′、32″和32″′中确定的最大振幅35′、35″和35″′。
所述控制单元7设置用于由所述固有频率曲线37求得为克服所述空行程而必需的加载时间18″(也就是说该加载时间引起图2c中的压电致动器5的与空行程27相等的偏移20″′)，方法是所述控制单元确定相应的加载时间18″，该加载时间18″被配属于所述固有频率曲线37的最大的固有频率值36″。作为替代方案，所述控制单元7设置用于由所述振幅曲线求得为克服所述空行程而必需的加载时间18″，方法是所述控制单元7确定相应的加载时间18″，该加载时间18″被配属于所述振幅曲线38的最小的振幅值35″。根据开头所作说明，为克服所述空行程27而必需的加载时间18″的求取与所述空行程27本身的求取相同，因为涉及相互成比例的参量，只要所述加载电流17′、17″等等各自相同(参见图2d)。可以设想，这两种方法提供略有偏差的结果。在这种情况下，通过所述固有频率37的最大值或者局部的最大值36″的确定来求取所述空行程27的方法可以与通过所述振幅曲线38的最小值或者局部的最小值35″的确定来求取所述空行程27的方法相组合，方法是比如形成这两种结果的平均值。
在使用前面所示出的求取加载时间18″的方法的情况下，将具有增加的脉冲能量的脉冲17′、17″和17″′加载到所述压电致动器5上并且如果超过所述固有频率曲线37的局部的最大值36″，则结束用脉冲进行的加载过程。为此目的，相应地紧接在检测所述频谱32′、32″等等之后确定所述固有频率36′、36″等等。相应地可以设想，如果超过所述振幅曲线38的局部的最小值35″，则结束用所述脉冲17′、17″等等进行的加载过程。
在如前面所描述的一样求取为克服所述空行程27而必需的加载时间18″时有效的是，如此选择所述脉冲能量或者说分别与所述脉冲能量成比例的加载时间18′、18″等等，使得所述喷射器2的喷射口13相应地保持封闭的状态并且不进行喷射。这最好通过以下方式来进行，即如此选择所述最大的加载时间18″′，使得所述阀活塞3没有通过所述压电致动器5进行值得一提的运动。
此外，在所述喷射装置1和内燃机的正常运行中如前面所描述的一样求取为克服所述空行程27而必需的加载时间18″，其中在两个喷射过程之间向所述压电致动器5加载脉冲17′、17″等等(图2d)。这意味着，在所述脉冲17′、17″等等中的第一脉冲之前并且而后只有又在所述脉冲17′、17″等等中的最后一个脉冲之后才相应地向所述压电致动器5加载喷射脉冲(未示出)，该喷射脉冲通过所述喷嘴针12引起所述喷射口13的打开。
图7示出了另一种用于求取所述压电致动器5的为克服空行程27而必需的加载时间18″的可行方案。为此，在所述脉冲17′、17″等等中的每个脉冲之后用压力计10(图1)来检测所述高压储存器8中的流体静力的压力，并且由所述控制单元7由所述高压储存器8中的压力降中来确定所述加载时间18″。所寻求的加载时间18″在此是相应的加载时间，在该相应的加载时间里开始所述高压储存器8中的压力突降，也就是说由该加载时间起所述高压储存器8中的压力随着进一步增加的加载时间18″′等等而进一步减小。图7示出了轨压曲线40，该轨压曲线40作为所述加载时间18′、18″和18″′的函数示出了相应在所述脉冲17′、17″和17″′中的每个脉冲之后用所述压力计10在高压储存器8中相应地测定的压力39′、39″和39″′。可以清楚地看到，通过这种方式确定的加载时间18″是用前面所描述的方法-也应该称为电的方法求得的相同的加载时间18″。对于在图7中示出的液压的方法来说也优选的是，一旦发现压力突降，就中断加载过程，以便在实际上没有朝所述燃烧室中进行喷射。
在如前面所描述的一样向所述压电致动器5加载脉冲17′、17″等等的过程中，所述电的方法和所述液压的方法相组合，也就是说，并行地实施分析所述频谱32′、32″和32″′以及由所述曲线40中确定所述高压储存器8中的压力突降这两种方法，其中对相应得到的加载时间18″进行比较。可以设想，这两种方法提供略有偏差的结果。而后在正常运行中在操控所述压电致动器5时考虑到由这两种方法中得到的加载时间的差，方法是比如以这个差为振幅来延长或者缩短所述操控时间26。
对于所描述的喷射装置1来说，所述控制单元7在程序技术方面设置用于在借助于对于频谱的分析来求得的、代表着用于所述空行程27的尺度的加载时间18″的基础上对对于所述压电致动器5的操控进行校正。尤其所述控制单元7设置用于对所述操控时间26(图2和4)或者所述操控时刻41(图2)进行校正，所述操控时刻41是一种时刻，在该时刻开始所述操控时间26。图8示出了一种对所述操控时间26进行校正的可行方案。在此，
Δtkorr：表示经过校正的操控时间，
Δtonm：表示标称的操控时间，
ΔtLaden，act：表示之前确定的加载时间18″，
ΔtLaden，nom：表示标称的加载时间。
换句话说，所述控制单元7设置用于将通过测量来确定的加载时间与标称的加载时间之间的差的双倍加到标称的操控时间上。所述标称的操控时间Δtnom和所述标称的加载时间ΔtLaden，nom比如可以由制造商来提供，在理想情况下相应地在生产喷射设备1之后通过测量来提供。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的喷射装置(1)，其中所述喷射装置(1)包括具有用于控制燃料流量的阀活塞(3)的喷射器(2)和用于使所述阀活塞(3)运动的压电致动器(5)以及用于操控所述压电致动器(5)的控制单元(7)，并且其中在程序技术方面调整所述控制单元(7)用于对所述压电致动器(5)加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)并且确定所述压电致动器(5)与所述阀活塞(3)之间的空行程(27)或者由所述空行程(27)引起的延时(18″)，
其特征在于，
此外在程序技术方面调整所述控制单元(7)用于，
-选择所述脉冲能量，由而使得所述压电致动器(5)的通过所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的至少一个脉冲(17′)引起的运动的最大的偏移(20′)小于所述空行程(27)，而所述压电致动器(5)的通过所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的至少一个其他的脉冲(17″′)引起的运动的最大的偏移(20″′)大于所述空行程(27)，
-在所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的每个脉冲之后，在通过所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的每个单个脉冲引起的运动期间，检测加载在所述压电致动器(5)上的电压信号(22′、22″、22″′)的频谱(32′、32″、32″′)，并且
-由所述频谱(32′、32″、32″′)求得所述空行程(27)或者延时(18″)，
其中所述喷射器(2)包括用于打开并且关闭所述喷射器(2)的喷射口(13)的喷嘴针(12)，其中所述阀活塞(3)设置用于通过所述喷嘴针(12)来引起所述喷射口(13)的打开和关闭，
并且其中所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于以下述方式选择所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)的最大的脉冲能量：使得所述喷射口(13)保持封闭的状态。
2.按权利要求1所述的喷射装置(1)，其特征在于，如此构造所述喷射器(2)使得
-所述压电致动器(5)的运动包括所述压电致动器(5)的机械的振动(23′、23″、23″′)，并且
-所述电压信号(22′、22″、22″′)与所述振动(23′、23″、23″′)相关联，
其中所述频谱(32′、32″、32″′)在所述至少一个其最大的偏移(20′)小于所述空行程(27)的运动的情况下并且在所述至少另一个其他的、其最大的偏移(20″′)大于所述空行程(27)的运动的情况下各不相同，其中所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于确定所述频谱(32′、32″、32″′)之间的区别。
3.按权利要求1或2所述的喷射装置(1)，其特征在于，所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于在所述喷射器(2)的正常运行中如此对所述压电致动器(5)加载脉冲(17′、17″、17″′)，由而在时间上在两个喷射过程之间进行所述加载过程。
4.按权利要求1或2所述的喷射装置(1)，其特征在于用于将燃料提供给所述喷射器(2)的高压储存器(8)以及与所述控制单元(7)相连接的、用于至少在所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的每个脉冲之后对所述高压储存器(8)中的流体静力的压力进行检测的压力计(10)，其中所述控制单元(7)额外地在程序技术方面设置用于由所述高压储存器(8)中的压力降(39′、39″、39″′)求得所述空行程(27)或者所述延时(18″)。
5.按权利要求1或2所述的喷射装置(1)，其特征在于，所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于在所述空行程(27)或者所述延时(18″)的基础上对所述压电致动器(5)的旨在打开所述喷射口(13)的操控进行校正。
6.按权利要求5所述的喷射装置(1)，其特征在于，所述控制单元(7)在程序技术方面设置用于通过对所述压电致动器(5)的操控时间(26)的调整来进行所述校正。
7.一种用于确定压电致动器(5)与用于在内燃机中喷射燃料的喷射器(2)的、能够通过所述压电致动器(5)运动的阀活塞(3)之间的空行程(27)或者用于确定通过所述空行程(27)引起的延时(18″)的方法，其中对所述压电致动器(5)加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)，
其特征在于以下步骤：
-如此选择所述脉冲能量，由而使得所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的至少一个脉冲(17′)使所述压电致动器(5)偏移得小于所述空行程(27)，而所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的至少一个其他的脉冲(17″′)则使所述压电致动器(5)偏移得大于所述空行程(27)，
-在所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的每个脉冲之后，在所述压电致动器(5)的通过所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)中的每个单个脉冲引起的运动期间，检测加载在所述压电致动器(5)上的电压信号(22′、22″、22″′)的频谱(32′、32″、32″′)，并且
-由所述频谱(32′、32″、32″′)求得所述空行程(27)或者所述延时(18″)，
其中用于操控所述压电致动器(5)的控制单元(7)在程序技术方面设置用于以下述方式选择所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)的最大的脉冲能量：使得所述喷射口(13)保持封闭的状态。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述频谱(32′、32″、32″′)求得所述空行程(27)或者所述延时(18″)的步骤包括在所述频谱(32′、32″、32″′)中的每个频谱中确定固有频率(36′、36″、36″′)和/或最大振幅(35′、35″、35″′)这个方面。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，
-由所述固有频率(36′、36″、36″′)确定最大的固有频率(36″)并且由配属于所述最大的固有频率(36″)的脉冲(17″)的脉冲能量求得所述空行程(27)或者所述延时(18″)，并且/或者
-由所述最大振幅(35′、35″、35″′)确定最小的最大振幅(35″)并且由配属于所述最小的最大振幅(35″)的脉冲(17″)的脉冲能量求得所述空行程(27)或者所述延时(18″)。
10.按权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，对所述压电致动器(5)以按照时间顺序增加的脉冲能量的方式对所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)进行加载，并且
-在固有频率曲线(37)已经超过局部的最大值时，其中所述固有频率曲线(37)作为所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)的脉冲能量的函数包括所述固有频率(36′、36″、36″′)；或者
-在振幅曲线(38)已经超过局部的最小值时，其中所述振幅曲线(38)作为所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)的脉冲能量的函数包括所述最大振幅(35′、35″、35″′)；
结束以所述多个具有不同的脉冲能量的电脉冲(17′、17″、17″′)进行加载的过程。
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