CN103620196B - 燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

描述了一种燃料喷射阀（11）、一种电路（100）和一种方法。传感器装置（70）的第一接线（70a）与致动器（80）的接线（HS）相连接。所述传感器装置（70）的另一接线（70b）与参考电位（88）相连接。所述传感器装置（70）包括传感器（26）以及与该传感器（26）串联的串联电阻（90）。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射阀以及一种用于运行该燃料喷射阀的电路和一种用于运行该燃料喷射阀的方法。

背景技术

开关元件、例如继电器或者尤其用作内燃机的喷射阀的磁阀在运行中经受高要求并且因此要经常进行监控。这种监控例如通过评估开关元件的致动器的电流和/或电压来实现。为此特别是可以使用传感器，这些传感器检测物理参量并且将其转换为电参量。将这些参量传输给控制单元或者类似机构，这通常会引起关于一定数目电线的成本增加。

对于用于内燃机的汽油直喷的磁阀来说，可以在下述情况下将所述磁路的电操控参量用于查明喷射阀的喷嘴针的关闭时刻：磁路直接操纵喷嘴针。在此，额外的测量线路或者类似的线路经常是多余的。与此不同的是，例如对于柴油喷射来说，存在着喷射阀的一些实施方式，在这些实施方式中所述磁路额外地操纵伺服阀，所述伺服阀接下来控制对喷嘴针进行操纵的高压液压系统。所述喷嘴针的关闭时刻在此不能从所述磁阀的电枢运动中查明。

从DE 10 2010 063 681中公开了一种方法，其中建立一种测量状态，在该测量状态中使致动器的至少一个接线至少暂时地基本上从参考电位上和/或从对所述致动器进行操控的电源上退耦。在所述测量状态中，从所述致动器的至少一个接线上的至少一个电位中查明传感器装置的至少一个传感器的至少一个信号。可以有利地省去通向致动器及传感器装置的线路。

发明内容

本发明的目的通过一种燃料喷射阀以及一种用于运行该燃料喷射阀的方法和一种用于运行该燃料喷射阀的电路来实现。

所述传感器装置包括传感器以及与该传感器串联的串联电阻，并且在第一阶段中在操控致动器时对流经所述传感器的电流进行限制，由此有利地防止所述传感器的干扰或者损坏。通过与传感器串联的串联电阻，也在所述传感器的设计方面获得优点。所述传感器例如可以具有较高的电容，而没有对所述致动器的操控产生有害的影响。尤其由此可以使用具有较高的电容的压电传感器。所述传感器的电容和所述串联电阻形成第一阶的第一低通滤波器，由此在操控所述致动器时有利地降低了所述传感器的前面所解释的负荷。

在一种有利的改进方案中，所述串联电阻的欧姆电阻明显大于所述致动器的欧姆电阻。在所述第一阶段中，向所述致动器输送比所述传感器装置明显更多的电流。在所述传感器短路时，所述串联电阻有利使所述致动器尽管所述短路也可以继续运行。

电路有利地包括一在所述致动器的其中一个接线之间的电容器，所述传感器装置连接到所述接线上。在第三阶段中根据所述电路的电容器上的电位来查明所述传感器装置的传感器的信号。在所述第三阶段中，所述传感器具有电压源特征。串联电阻和电路的电容器形成第二低通滤波器。相应地可以滤出高频的干扰信号并且有利地使得电路的电容器上的电位平滑，并且由此产生改进的信号质量。有利地如此设计由传感器装置的串联电阻和电路的电容器构成的第二低通滤波器的尺寸，从而仅无关紧要地对所述传感器信号进行衰减。

在一种有利的改进方案中，所述传感器的电容大于电路的电容器的电容。由此第一低通滤波器的时间常数大于第二低通滤波器的时间常数，由此有利地主要仅由第一低通滤波器来确定采样精度。

在一种有利的实施方式中，致动器在第三阶段之前并且在第一阶段之后的第二阶段中基本上从参考电位上和/或从操控用的电源上退耦。通过退耦，传感器信号没有通过低阻抗的致动器来消除并且可以测量所述传感器信号。

在一种有利的实施方式中，根据电路的电容器上的电位或者电位的曲线来查明传感器的故障。根据所查明的故障由电路产生故障信号。由此例如可以有利地在致动器继续运行时尽管故障也考虑到，电容器上的电位不再有效或者是有缺陷的。由此可以在操控致动器时有利地忽略电容器上的电位或者说对其不予考虑。带有故障的传感器由此没有导致致动器的有缺陷的运行。例如可以向机动车驾驶员或者维修点员工显示故障信号，用于例如实施或者可以实施燃料喷射阀的更换。

此外，在下面的附图中可以找到对本发明来说重要的特征，其中所述特征不仅单独地而且在不同的组合中都可能对本发明来说很重要，而没有再次明确地指出这一点。

附图说明

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行解释。附图示出如下：

图1示出了燃料喷射阀的伺服阀的部分剖面图，该燃料喷射阀具有磁性开关元件以及阀组件（Ventilstück）；

图2示出了图1的伺服阀的控制室压力以及构造为阀针的阀元件的冲程的时间图表；

图3示出了用于连接燃料喷射阀的壳体中的传感器和线圈的实施例的简化示意图；

图4和5分别示出了具有燃料喷射阀和用于对该燃料喷射阀进行操控的电路的示意性的线路图；

图6示出了在第一阶段中燃料喷射阀的传感器装置的示意性线路图；并且

图7示出了在第三阶段中燃料喷射阀和电路的另一示意性线路图。

在所有附图中即使对于不同的实施方式来说也为功能等效的元件和参量使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了内燃机的未进一步详细示出的燃料喷射阀11的伺服阀10的部分剖面图。所述伺服阀10围绕纵轴线12基本上旋转对称地构成。在附图的上部区域中，示出了牢固地固定在（未示出的）壳体上的支承板14，在垂直中间的区域中示出了磁性开关元件16，并且在下部区域中示出了固定在壳体上的阀组件18，该阀组件具有液压控制室20以及作用于所述燃料喷射阀11的未示出的阀针的或者与这种阀针固定地相连接的阀活塞22。

所述支承板14在所述纵轴线12的区域中具有支承活塞24，对力敏感的转换器26与所述支承活塞进行作用连接。对力敏感的转换器26又沿着纵轴线12的方向支承在所述支承板14上。在附图中在传力配合的转换器26的上方布置了两个开口（无附图标记），用于与传感器装置70的接线70a和70b接触的线路穿过所述开口。两个开口的布置在图1中仅示范性地示出。

所述磁性开关元件16包括线圈30，该线圈被埋入到磁芯32中，其中所述磁芯32被盘形弹簧34压靠到环状的电枢止挡36上。所述电枢止挡36本身由所述盘形弹簧34借助于磁芯32压靠到壳体固定的套筒38的直径梯级（无附图标记）上。沿着所述纵轴线12的中间区域，布置了沿着所述纵轴线12有间隙地支承的但是在径向上被保持的电枢销40，在该电枢销上以能够沿着纵轴线12的方向移动的方式布置了电枢42。所述电枢42的在图1中处于下部的端部区域44可以安放在所述阀组件18的形成阀座的密封区段46上。端部区域44就此而言形成伺服阀10的阀元件。所述磁性开关元件16就像所述伺服阀10的其余的元件一样基本上旋转对称地构造，但是仅示出了剖视图的在附图中右边一半。电枢销40的引导直径（Führungsdurchmesser）与处于密封区段46的区域中的阀座直径（Sitzdurchmesser）大致相等。

所述阀组件18包围液压控制室20和阀活塞22。所述阀活塞 22能够在所述阀组件18中沿着所述纵轴线12的方向移动并且如上面提到的那样与未示出的阀元件（喷嘴针或者阀针）相耦合。在附图中在所述控制室20的上方，该控制室通过排出节流阀48与阀室50相连接。在附图中在所述控制室20右侧布置了进入节流阀52，通过该进入节流阀可以向所述控制室20馈给处于高压之下的流体54。所述流体54例如由未示出的共轨燃料系统来提供。在流体室56中布置了所述电枢42和所述电枢销40，所述流体室与未示出的低压区域相连接。

只要没有向线圈30通电，那就通过未示出的阀弹簧将所述端部区域44压靠到所述密封区段46上，也就是说所述伺服阀10被关闭。由于所述控制室20中的压力比，将所述阀活塞22在附图中向下挤压，使得（未示出的）阀针关闭，如果给所述线圈30通电，则电枢42通过磁力朝向所述磁芯32的方向朝所述电枢止挡36运动。由此，流体从所述控制室20向所述流体室56流动，从而所述控制室20中的压力下降，并且阀针连同阀活塞22可以在图1中向上运动并且打开。燃料喷射开始。为了进行关闭，结束为所述线圈30通电。通过阀弹簧又将端部区域44压靠到密封区段46上，所述伺服阀10因而关闭，并且结束流体从所述控制室20中流出。因为此外流体通过进入节流阀52溢流到所述控制室20中，所以阀活塞22并且与阀活塞一起阀针在图1中被向下沿关闭方向挤压。由此结束燃料喷射。

可以通过下述方式查明燃料喷射阀11的关闭时刻：对由电枢销40朝对力敏感的转换器26施加的力的曲线进行评估。通过这种力或者说力的变化，在对力敏感的转换器中形成电压或者产生电流脉冲或者产生传感器的无源的参数、例如其电阻的或者其电容的变化，由此产生传感器信号。传感器信号可以借助如下面在图4和图5中所描绘的电路来检测。

对力敏感的转换器26也可以构造为传感器，该传感器替代地或者补充地检测流体54的力和/或压力和/或支承板14或者燃料喷射阀11的壳体的固体声，从而同样可以从中查明所述伺服阀10的打开时刻和/或关闭时刻。因而下面将对力敏感的转换器26普遍地称为传感器26。

图2示出了阀室50中的压力160、控制室20中的压力60与阀活塞22或者说与其相连接的阀针的冲程62之间的时间上的关系。在图2的上部图表中，在纵坐标上绘出了控制室20中的压力60以及阀室50中的压力160，并且在下部图表中在纵坐标上绘出了阀活塞22的冲程62。在此所述压力60通过实线示出，所述压力160则通过虚线示出。在此零冲程62意味着喷射阀关闭。这两个图表在横坐标上都具有彼此相同的时间刻度尺t。

可以看出，不仅在时刻ta在阀活塞22的打开运动开始时而且在时刻tb在关闭运动结束时，所述压力60的曲线都进行明显可见的变化。就在时刻ta在打开之前不久，产生突然的压力降，在时刻tb在关闭时进行突然的压力上升。所述阀室50中的压力160在伺服阀10关闭时与控制室20中的压力60相同，所述阀室中的压力通过电枢销40作用于对力敏感的转换器26并且由此可以被转换为传感器信号，从而所述压力160的变化可以反映在传感器信号中并且由此可以被评估用于例如查明关闭时刻。

图3示出了一种简化的示意性实施例，该实施例用于连接燃料喷射阀11的壳体64中的致动器80和传感器装置70。致动器80可以包括在图1中说明的线圈30，但是也可以包括另外的或其它的元件。尤其所述致动器80可以是磁阀的或者压电阀的一部分或者不过也可以是磁致伸缩阀的一部分。所描述的方法因此也能够运用到其它的致动器类型上。所述致动器80的接线HS和LS绝缘地从燃料喷射阀11的壳体64中引出。传感器装置70的接线70a与致动器80的接线HS导电连接，传感器26的另一接线70b低阻抗地与壳体64的导电区段66导电连接。壳体64又与参考电位88导电连接，该参考电位在此是包含燃料喷射阀11的机动车的接地电位。这借助于燃料喷射阀11的机械固定来实现，该燃料喷射阀例如被旋入到发动机缸体中。但是，这一点在附图中未示出。

传感器26根据图2的图示来查明在伺服阀10的阀室50中的压力160。通过致动器80的接线HS或者说LS可以通过下述方式查明传感器26的信号：检测致动器的接线HS或者说LS上的电位。通过将传感器26布置在壳体64内部，特别耐久地查明信号，并且对干扰性的电磁耦合输入不敏感。

图4示出了具有燃料喷射阀11和用于对该燃料喷射阀11进行操控的电路100的示意性线路图。所述传感器装置70包括传感器26以及与该传感器26串联的串联电阻90。传感器装置70的接线70a与致动器80的接线HS导电连接。作为替代方案，传感器装置70的接线70a也可以与致动器80的接线LS相连接。传感器装置70的另一接线70b与参考电位88导电连接。所述致动器80的两个接线HS和LS没有连接到参考电位88上，但是可以考虑一些运行状态，在这些运行状态中所述接线HS或者LS至少暂时与参考电位88相连接。所述参考电位当然并非必须与车辆地线相连接，而是可以涉及其它的电位水平。

两个操控线路76和78使致动器80的接线HS和LS与电路100相连接。该电路100一方面用于操控所述致动器80并且包括未详细解释的驱动器线路。此外，所述电路100用于查明所述传感器26的信号，为此在所述电路100中包含了未详细解释的评估线路。未详细解释的电源、尤其直流电源用于操控所述致动器80。通过电位或者说供电电压Uv来向所述电路100供电并且由此向所述电源供电。

当然在接线70a与传感器26之间也可以设置其它电阻。同样不言而喻，在致动器80的接线HS或者LS与接线70a之间并且在接线70b与参考电位88之间设置其它的元件，例如电阻、线圈或者电容。

在第一阶段中，借助于电路100将致动器连接到前面所述的电源上，也就是说，低阻抗地与所述电源相连接。在第一阶段中，由此向致动器80通电，并且例如可以将图1中的伺服阀10置于工作位置中。

在第二阶段中，借助于电路100使致动器80从操控用的电源上退耦。所述致动器80中的电流理想地变为零，并且由此例如图1中的伺服阀10可以转移到其静止位置中。

在第三阶段中建立一种测量状态，用于对传感器26的信号进行评估。第三阶段还可以在下述情况下开始：例如在致动器80中存在着剩余能量。所述电路100现在检测操控线路76相对于参考电位88的电位U76，以便查明通过传感器装置70或者说通过传感器26产生的电压信号或者电流信号。如果传感器装置70的接线70a连接到致动器80的接线LS上，那么所述电路100就查明了操控线路78相对于参考电位88的电位U78，以便查明通过传感器装置70或者说通过传感器26产生的电压信号或者电流信号。

垂直的线条82与84之间的区域代表着电缆束，该电缆束此外包括操控线路76和78。所述垂直的线条82与84之间的连接98代表着图3中通过壳体64以及其它构件在传感器装置70的接线70b与参考电位88之间的连接。

在图4中在线条84的右侧旁边，布置了电路100。该电路100与参考电位88相连接，并且通过未示出的能量供给装置来向该电路提供电位UV。

此外，电路100产生信号92，所述信号根据电位U76或者U78来查明，其中所述电位U76或者U78受到所述传感器26的信号的影响。

由于与传感器26串联的串联电阻90，在第一阶段中借助于电路100来操控致动器80时向致动器80输送比传感器装置70多的电流。为此，串联电阻90或者说整个传感器装置70的欧姆电阻大于致动器80的欧姆电阻。特别是，串联电阻90的欧姆电阻显著大于致动器80的欧姆电阻，特别是至少大了因数5，尤其至少大了因数10。

电路100包括在图4中未示出的处于其中一个接线HS或者说LS与参考电位88之间的电容器C100，传感器装置70利用接线70a连接到接线HS或者说LS上。在第三阶段中，从电位U76或者电位U78中查明传感器装置70的传感器26的信号。

传感器26尤其是电容传感器，并且基本上为电容器。所述传感器26的电容用附图标记C26来表示。传感器26的电容C26大于电路100的电容器的电容C100。

电路100可以根据电位U76或者U78或者电位U76或者电位U78的曲线来查明传感器26的短路。电路100尤其根据传感器26的所查明的短路来产生故障信号94。

图5示出了具有燃料喷射阀11以及用于对该燃料喷射阀11进行操控的电路100的示意性线路图。图5基本上相应于图4，其中仅传感器26和串联电阻90在传感器装置70中的位置互换。此外，传感器装置70也可以用其接线70a连接到致动器80的接线LS上。

图6示出了燃料喷射阀11的传感器装置70在第一阶段中不取决于传感器装置70与致动器80的相应布线的情况下的示意性线路图。电位UA在由串联电阻90和传感器26构成的串联线路上下降。电位UB在传感器26上下降。在第一阶段中操控致动器80。串联电阻90的欧姆电阻和传感器26的电容C26形成关于传递函数UB/UA的第一阶的第一低通滤波器。第一低通滤波器的第一时间常数T1由串联电阻90的欧姆电阻和传感器26的电容C26的乘积产生。通过串联电阻90，在第一阶段中限制了流经传感器26的电流。

图7示出了在第三阶段中燃料喷射阀11和电路100的另一示意性线路图。在第三阶段中，致动器80基本上从参考电位88上和/或从操控用的电源上退耦。在第三阶段中，传感器26的信号通过电位U76或者说U78来检测。在附图中在线条86右侧设有电路100处于第三阶段中的等效线路图。在垂直的线条86左侧设有燃料喷射阀11处于第三阶段中的等效线路图。

传感器26的电容C26在第一阶段中通过电源来充电并且在第三阶段中为电压源。传感器26由此产生电位UC或者说电位UC的曲线，所述电位UC由电路100来检测。串联电阻90的欧姆电阻和电路100的电容器的电容C100形成第一阶的第二低通滤波器。在由串联电阻90和电路100的电容器构成的串联线路上，所述电位UC下降。在电容C100处电位UD下降。所述第二低通滤波器涉及传递函数UD/UC。第二低通滤波器的第二时间常数T2由串联电阻90的欧姆电阻和电路100的电容C100得出。第二低通滤波器的第二时间常数T2基本上等于或者小于第一低通滤波器的第一时间常数T1。特别是，电容C26大于电路100的电容器的电容C100。

在将传感器26构造为压电传感器的情况下，不重要是，传感器26是否已经被充电。即使没有给压电传感器充电，其在受到机械负荷时也通过电荷转移而产生电压。

Claims (17)

1. 燃料喷射阀（11），具有致动器（80）和传感器装置（70），其中所述传感器装置（70）的第一接线（70a）与致动器（80）的接线（HS、LS）相连接，并且其中所述传感器装置（70）的另一接线（70b）与参考电位（88）相连接，其特征在于，所述传感器装置（70）包括传感器（26）以及与该传感器（26）串联的串联电阻（90），其中，所述串联电阻（90）的欧姆电阻大于所述致动器（80）的欧姆电阻，在第一阶段中向所述致动器（80）比向所述传感器装置（70）输送更多的电流，所述第一阶段系指借助于电路（100）将所述致动器连接到电源上所在的阶段。

2. 按权利要求1所述的燃料喷射阀（11），其中，所述传感器装置（70）的另一接线（70b）与所述燃料喷射阀（11）的壳体（64）的至少一个导电的区段（66）导电连接。

3. 按权利要求1所述的燃料喷射阀（11），其中，所述串联电阻（90）的欧姆电阻比所述致动器（80）的欧姆电阻至少大了5倍。

4. 按权利要求1所述的燃料喷射阀（11），其中，所述串联电阻（90）的欧姆电阻比所述致动器（80）的欧姆电阻至少大了10倍。

5. 用于运行按权利要求1至4中任一项所述的燃料喷射阀（11）的电路（100），其中在第一阶段中所述致动器（80）能够由所述电路（100）的电源来操控，其特征在于，所述电路（100）包括一处于所述致动器（80）的其中一个接线（HS、LS）与所述参考电位（88）之间的电容器，所述传感器装置（70）连接到所述其中一个接线上，并且在第三阶段中能够根据所述电路（100）的电容器上的电位（U76、U78）来查明信号（92），所述传感器装置（70）包括传感器（26）以及与该传感器（26）串联的串联电阻（90），其中，所述串联电阻（90）的欧姆电阻大于所述致动器（80）的欧姆电阻，在第一阶段中向所述致动器（80）比向所述传感器装置（70）输送更多的电流，所述第一阶段系指借助于电路（100）将所述致动器连接到电源上所在的阶段，所述第三阶段系指建立一种测量状态所在的阶段，该测量状态用于对传感器（26）的信号进行评估。

6. 按权利要求5所述的电路（100），其中在所述第三阶段中没有操控所述致动器（80）。

7. 按权利要求5所述的电路（100），其中，所述传感器（26）的电容（C26）大于所述电路（100）的电容器的电容（C100）。

8. 按权利要求5所述的电路（100），其中，在所述第三阶段之前并且在所述第一阶段之后的第二阶段中使所述致动器（80）从所述参考电位（88）上和/或从所述操控用的电源上退耦。

9. 按权利要求5所述的电路（100），其中，能够由所述电路（100）根据所述电位（U76、U78）或者所述电位（U76、U78）的曲线来查明所述传感器（26）的故障，并且能够根据所查明的故障由所述电路（100）产生故障信号（94）。

10. 按权利要求9所述的电路，其中，所述故障是所述传感器（26）的短路。

11. 用于运行按权利要求1至4中任一项所述的燃料喷射阀（11）的方法，其中在第一阶段中所述致动器（80）由电路（100）的电源来操控，其特征在于，所述电路（100）包括一处于所述致动器（80）的其中一个接线（HS、LS）与所述参考电位（88）之间的电容器，所述传感器装置（70）连接到所述其中一个接线上，并且在第三阶段中根据所述电路（100）的电容器上的电位（U76、U78）来查明信号（92），其中所述串联电阻（90）的欧姆电阻大于所述致动器（80）的欧姆电阻，并且其中在所述第一阶段中向所述致动器（80）比向所述传感器装置（70）输送更多的电流，所述第一阶段系指借助于电路（100）将所述致动器连接到电源上所在的阶段，所述第三阶段系指建立一种测量状态所在的阶段，该测量状态用于对传感器（26）的信号进行评估。

12. 按权利要求11所述的方法，其中所述传感器（26）的电容（C26）大于所述电路（100）的电容器的电容（C100）。

13. 按权利要求11所述的方法，其中在所述第三阶段之前并且在所述第一阶段之后的第二阶段中使所述致动器（80）从所述参考电位（88）上和/或从所述操控用的电源上退耦。

14. 按权利要求11所述的方法，其中由所述电路（100）根据所述电位（U76、U78）或者所述电位（U76、U78）的曲线来查明所述传感器（26）的故障，并且根据所查明的故障由所述电路（100）产生故障信号（94）。

15. 按权利要求14所述的方法，其中所述故障是所述传感器（26）的短路。

16. 按权利要求11所述的方法，其中，所述串联电阻（90）的欧姆电阻比所述致动器（80）的欧姆电阻至少大了5倍。

17. 按权利要求11所述的方法，其中，所述串联电阻（90）的欧姆电阻比所述致动器（80）的欧姆电阻至少大了10倍。