CN104204482A - 减压的燃油喷射系统的工作方法和具有带伺服阀的喷射阀的燃油喷射系统 - Google Patents
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Abstract
一种减压的燃油喷射系统的工作方法和一种具有带伺服阀的喷射阀的燃油喷射系统。介绍一种内燃机的燃油喷射系统的工作方法以及一种燃油喷射系统。就所述方法而言，通过所述喷射系统的至少一个喷射阀在所述蓄压器内实施所期望的减压。这通过打开喷射阀内的伺服阀来实现，在减压阶段期间，仅适当打开所述伺服阀，从而使得真正的关闭件保持关闭，因此不进行喷射过程。
Description
本发明涉及一种用于运行燃油喷射系统的方法，该燃油喷射系统具有蓄压器（蓄压管）、至少一个喷射阀和控制与调节单元，就所述喷射阀而言，压电促动器克服关闭弹簧的力操控布置在伺服阀腔内的伺服阀，由此，关闭件打开通过燃油管路而与蓄压器相连接的喷入口。
燃油喷射系统早已被公知，使用这些燃油喷射系统将燃油喷射到内燃机的燃烧室内。这类喷射系统包括至少一个喷射阀（喷射器）和至少一个与喷射阀相连接的用于控制喷射过程的控制与调节单元。喷射阀在此具有一腔室，燃油可以从该腔室出来通过喷入口注射到燃烧室内。借助于关闭件（喷嘴阀针）来打开和关闭喷入口，所述关闭件可以由促动器操控（运动）。通过高压蓄存器和燃油管路为所述腔室提供燃油。
所述促动器是一种用于移动关闭件的元件。由此借助于促动器控制喷射过程。在此，促动器与关闭件并非直接地传动连接，而是操控伺服阀，以便将处于高压下的燃油从伺服阀腔中引出，并且以该种方式来引起操控关闭件并打开相关的喷入口。
促动器是一种压电促动器，在施加电能时，它根据压电效应进行延伸（其长度变长），并且通过该种方式使得伺服阀从其阀座提起，以便由此来操控关闭件。
为了针对这种具有压电伺服喷射阀的燃油喷射系统在蓄压器内实施减压（蓄压管减压），现有技术的系统使用专门的压力调节阀（PLV、PCV、PDV）。这些附加的阀门增加了整个系统的成本。按照另一种做法，用预先控制的伺服阀来减小蓄压器内的压力。但是用这种预先控制的伺服阀不能始终都如所期望地那样减小蓄压器内的压力，从而尽管如此也必须根据客户要求和喷射阀设计方案设置附加的用于减压的阀门。
本发明的目的在于提出一种开篇所述类型的方法，尤其可以成本低廉地实施该方法。
根据本发明，就所述类型的方法而言，该目的通过以下方式来实现：
使用压电促动器，其除了具有用于操控伺服阀的有源的压电区之外，还具有用作力传感器的无源的压电区；
借助于该力传感器获知在打开伺服阀时作用到无源的压电区上的力，并由此在考虑关闭弹簧力的情况下获知伺服阀腔内的压力；
在需要减小蓄压器内的压力时操控有源的压电区，从而通过打开伺服阀进行减压，而不会在这种情况下达到与关闭件的打开相对应的伺服阀腔压力。
本发明基于如下基本构思：除了促动器的有源的压电区外，再添加一个无源的压电区，且将该无源的压电区用作测量力的传感器。如果需要减压，就通过对有源的压电区的控制来打开伺服阀，其中，同时借助压电传感器来测量力。在考虑关闭弹簧力的情况下，伺服阀腔内的压力由所述力测量确定。通过打开伺服阀进行所期望的减压，其中适当地控制减压，从而不会达到与关闭件的打开相对应的伺服阀腔压力。因此，在减压阶段关闭件保持关闭。
因此，按照本发明通过喷射阀自身进行蓄压管减压，而不需要附加的压力调节阀或减压阀。由此可以尤其成本低廉地实施本发明的方法。
在根据本发明的方法中，优选地在不进行喷射的阶段实施减压。因此减压阶段发生在喷射阶段之前或之后，其中，在有多个喷射阀的情况下，减压可以被分配到不同的喷射阀上。因此例如可以在恰好被用于减压的喷射阀马上就要实施喷射过程的情况下，使用其它的刚好未进行喷射的喷射阀进行减压。因此，不必用一个唯一的喷射阀执行全部的减压工作，而是可以用该阀仅实施部分减压，其中，剩余的减压工作由其它的喷射阀接管。
按照本发明的方法的优选做法具体为，由蓄压器内的实际压力（蓄压管压力）Prail_ist获知控制腔内用于关闭件的极限压力Pst_limit，控制腔内的压力不允许低于所述极限压力，以便不开启关闭件。在此，如果Pst_limit与Prail_ist的比率大于阀值就足够了。
根据蓄压管给定压力P_rail_s和蓄压管实际压力Prail_ist得到控制腔给定压力P_st_s，并且向下通过控制腔内的极限压力Pst_limit进行限制。如果要使得减压梯度更大，就选择更小的给定控制腔压力。
于是，由控制腔给定压力P_st_s和蓄压管实际压力Prail_ist确定阀腔的给定压力P_v_s，该阀腔的给定压力对应于一压力，用该压力在不开启关闭件的情况下打开伺服阀或使得伺服阀产生开关泄露（Schaltleckage）。
在此，通过对有源的压电区的控制使得伺服阀移动，直至阀腔的实际压力P_v_ist已经达到阀腔的给定压力P_v_s，然后，通过对有源的压电区的控制和取消控制（Absteuern）（充电和放电）来把阀腔压力调节至P_v_s。
用本发明的方法通过一个或多个喷射阀实施的减压（蓄压管减压）持续进行，直到蓄压管压力达到其给定值，然后，该伺服阀或这些伺服阀通过该压电促动器或这些压电促动器的放电再次被关闭。
本发明还涉及一种用于内燃机的燃油喷射系统，该燃油喷射系统具有蓄压器（蓄压管）、至少一个喷射阀和控制与调节单元，就所述喷射阀而言，压电促动器克服关闭弹簧的力操控布置在伺服阀腔内的伺服阀，由此，关闭件打开通过燃油管路而与蓄压器相连接的喷入口。根据本发明，该燃油喷射系统的特征在于，其被设计用于实施上述类型的方法。
用作力传感器的无源的压电区特别地由附加的串联布置的无源的压电层构成。
在压电促动器和关闭件之间的传动连接经过优选设计，从而使得压电促动器通过加固杆与控制活塞相连接，该控制活塞打开和关闭伺服阀，并因此引起所期望的减压。
在此，伺服阀克服关闭弹簧的力被打开，并位于通过节气门与控制腔相连接的伺服阀腔内，该控制腔与燃油管路相连接并且容纳关闭件或者容纳用于关闭件的活塞。因此如果要打开伺服阀，就减小伺服阀腔内的压力，进而以受控的方式减小蓄压管压力。
以下将借助于实施例结合附图对本发明进行详述。在附图中：
图1为喷射阀的示意性的纵剖面图及在圆圈内的区域的放大图；
图2为具有力传感器的压电促动器的示意性的部分纵剖面图；
图3为用于控制减压的原理图；
图4为控制减压的流程图。
图1以示意性的方式示出了喷射阀，该喷射阀例如用在Pkw的柴油发动机内。所述喷射阀用于将燃油喷射到内燃机的燃烧室内。该喷射阀具有通过燃油管路（高压管路）2与蓄压器（高压蓄存器）（蓄压管）相连接的腔室。在此示出的喷射阀是在共轨系统内分别通过燃油管路与同一蓄压器相连接的多个喷射阀之一。在喷射阀的下端部，该喷射阀具有喷入口，通过该喷入口可以将燃油从所述腔室喷入到燃烧室内。在所述腔室内布置被用作关闭件的喷嘴阀针7，借助于该喷嘴阀针可以打开或关闭喷入口。如果喷嘴阀针7位于打开位置，在该位置，所述喷嘴阀针开启喷入口，就会将处于高压下的燃油从所述腔室喷入到燃烧室内。在喷嘴阀针7的关闭位置，此时喷嘴阀针关闭喷入口，将阻止燃油喷入燃烧室内。
通过压电促动器1来控制喷嘴阀针7。压电促动器1可以根据控制情况改变其长度，并通过加固杆17将力施加到与伺服阀4接触的控制活塞9上，该伺服阀通过关闭弹簧顶压到阀座上。伺服阀4被布置在阀门腔室16内，该阀门腔通过节气门与用于封闭部件的控制腔8相连接。控制腔8容纳着活塞5，该活塞操控喷嘴阀针7。
如果为压电促动器1施加电能（充电），该压电促动器就会增加其长度，并由此引起控制活塞9将伺服阀4从其阀座提起，从而减小伺服阀腔16内的压力。通过这种减压，阀针活塞5和喷嘴阀针7在该图中向上运动，并在这种情况下开启喷入口，以便进行喷射过程。
此外，在不开启喷嘴阀针7的情况下，通过打开伺服阀4实施减压过程，以便实现蓄压管减压。在此，仅适当打开伺服阀4，使得虽然进行了受控制的减压，但是并未开启关闭件或喷嘴阀针7。
此外，图1还示出了燃油回流装置3以及用于喷嘴阀针7的关闭弹簧6。
在图1中仅示意性地示出的压电促动器1除了具有用于操控喷嘴阀针7的有源的压电区12外，还具有作为力传感器的无源的压电区13。借助于该力传感器获知通过控制活塞9和加固杆17而作用在压电促动器上的力。
图2示意性地示出了压电促动器1的结构，该压电促动器构成具有用于操控喷嘴阀针7的有源的压电区12和用作力传感器的无源的压电区13的结构单元。有源的压电区12由多个有源的彼此上下叠置的压电层组成，这些压电层分别在左侧和右侧具有相应的连接电极10。在最上面的有源的压电层上通过合适的绝缘体14分开地布置有无源的压电层，该无源的压电层构成用作力传感器的压电区13。在两侧设置具有相应的连接电极15的无源的压电层。
图3在方框图中示出了用喷射阀进行的受控制的减压的原理图。在减压阶段要减小蓄压管压力，在该阶段打开伺服阀4。同时在此通过无源的压电区获知施加到压电促动器上的力，进而在考虑伺服阀的关闭弹簧的力的情况下获知在伺服阀腔16内产生的压力。将获知的伺服阀腔内的实际压力P_v_ist与给定压力P_v_sp相比较，并且使得促动器电荷改变一段时间，直至达到给定压力。该给定压力等于引起所希望的压力减小却不会导致关闭件开启的压力。
图4所示为各方法步骤的流程图。在步骤30中，为压电促动器充电，以便打开伺服阀4。根据步骤31，随着伺服阀的打开，借助由无源的压电区构成的力传感器进行力测量。根据步骤32，通过所测量的力测量伺服阀腔内的压力。在步骤33中获知伺服阀腔内的给定压力，该给定压力等于关闭件未打开时的压力。根据步骤34，改变压电促动器的电荷，直到阀腔内的实际压力已经达到阀腔内的给定压力。根据步骤35，在进行所希望的蓄压管减压时，通过压电促动器的放电使得伺服阀再次关闭。
Claims (10)
1. 一种内燃机的燃油喷射系统的工作方法，该燃油喷射系统具有蓄压器（蓄压管）、至少一个喷射阀和控制与调节单元，就所述喷射阀而言，压电促动器克服关闭弹簧的力操控布置在伺服阀腔内的伺服阀，由此，关闭件打开通过燃油管路而与所述蓄压器相连接的喷入口，
其特征在于，
使用压电促动器，所述压电促动器除了具有用于操控所述伺服阀的有源的压电区之外，还具有作为力传感器的无源的压电区；
通过该力传感器获知在打开所述伺服阀时作用到所述无源的压电区上的力，并由此在考虑所述关闭弹簧力的情况下获知所述伺服阀腔内的压力；并且
在需要减小所述蓄压器内的压力时，控制所述有源的压电区，从而通过打开所述伺服阀进行减压，而不会在这种情况下达到与所述关闭件的打开相对应的伺服阀腔压力。
2. 按照权利要求1所述方法，其特征在于，在不进行喷射的阶段进行减压。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由蓄压器内的实际压力（蓄压管压力）Prail_ist获知控制腔内用于所述关闭件的极限压力Pst_limit，控制腔内的压力不允许低于所述极限压力，以便不开启所述关闭件。
4. 按照权利要求3所述方法，其特征在于，根据蓄压管给定压力Prail_s和蓄压管实际压力Prail_ist获知控制腔给定压力P_st_s，并且向下通过控制腔内的极限压力Pst_limit进行限制。
5. 按照权利要求4所述方法，其特征在于，由所述控制腔给定压力P_st_s和蓄压管实际压力Prail_ist确定阀腔的给定压力P_v_s。
6. 按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过对所述有源的压电区的控制来使得所述伺服阀移动，直至所述阀腔的实际压力P_v_ist已经达到阀腔的给定压力P_v_s，然后，通过对有源的压电区的控制和取消控制来把阀腔压力调节至P_v_s。
7. 按照上述权利要求之一所述的方法，在该方法中，所述燃油喷射系统具有多个喷射阀，其特征在于，在恰好被用于减压的喷射阀马上就要实施喷射过程的情况下，使用其它的刚好未进行喷射的喷射阀进行减压。
8. 按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，持续地进行减压，直至所述蓄压管压力达到其给定值，然后，通过所述压电促动器或所述多个压电促动器的放电再次关闭所述伺服阀或所述多个伺服阀。
9. 一种用于内燃机的燃油喷射系统，该燃油喷射系统具有蓄压器（蓄压管）、至少一个喷射阀和控制与调节单元，就所述喷射阀而言，压电促动器克服关闭弹簧的力操控布置在伺服阀腔内的伺服阀，由此，关闭件打开通过燃油管路而与所述蓄压器相连接的喷入口，其特征在于，所述燃油喷射系统被设计用于实施按照上述权利要求之一所述的方法。
10. 按照权利要求9所述的燃油喷射系统，其特征在于，所述无源的压电区（13）由附加的串联布置的无源的压电层构成。
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