CN104302897A - 为提高量精度而调节喷射阀的燃油喷射系统的工作方法和燃油喷射系统 - Google Patents

为提高量精度而调节喷射阀的燃油喷射系统的工作方法和燃油喷射系统 Download PDF

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Abstract

介绍一种内燃机的燃油喷射系统的工作方法。该方法使用压电促动器，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。借助于该力传感器在喷射阶段期间或者在喷射间歇中进行力测量，由实际力曲线以及给定曲线之间的偏差求取用于控制压电促动器的矫正参数，以便通过这种方式调节喷射过程。还介绍一种被设计用于这种方法的燃油喷射系统。

Description

为提高量精度而调节喷射阀的燃油喷射系统的工作方法和燃油喷射系统
本发明涉及一种内燃机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，封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。借助于封闭件(喷嘴针)来打开和关闭喷入口，所述封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封闭件的元件。由此借助于促动器控制喷射过程。在此，促动器与封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封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，以便由此来操控封闭件。
为了调节喷射过程，现有技术的喷射系统利用压电伺服驱动机构来确定和调节封闭件的关闭时间点。其前提是，压电促动器的空行程是已知的。因此同时调整空行程(通过在控制期间压电促动器的压降或频率/幅度变化)。但这种调整方法相当缓慢，而且精度和鲁棒性要取决于喷射阀的设计。视工作条件而定，可能发生量误差较大的现象。
本发明基于的目标是，针对具有压电伺服驱动机构的燃油喷射系统，无论伺服阀运动过程还是封闭件(喷嘴针)的运动过程，都得到精确的调节。本发明的目的在于提出一种开篇所述类型的方法，采用该方法可以通过简单而耐用的方式特别精确且快速地进行喷射调节。
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；和
把由力传感器获知的力与取决于蓄压器内压力(蓄压管压力)的给定值比较，并将相应的偏差用来矫正对压电促动器的控制。
本发明的方法使用压电促动器，其附加地具有力传感器，利用该力传感器来测量施加到力传感器上的力。力传感器的相应信号于是用于喷射调节。在这里把测得的力与给定值比较，通过对压电促动器控制的矫正来喷射过程进行相应的调节。
本发明的方法具有多种实施方式。按照第一种实施方式，在喷射阶段期间对伺服阀进行调节。在这里，在喷射阶段期间把从压电促动器充电到放电的力信号曲线与取决于蓄压器内压力(蓄压管压力)的给定曲线比较，并将偏差用来矫正对压电促动器的控制。具体而言，这里为了实现喷射而利用电流曲线来控制压电促动器(有源区)。同时，通过力传感器进行力测量，其中，可以确定传感器的电压，由此例如通过特性曲线确定出施加到传感器上的力F_s。
特别地，在喷射阶段期间通过力测量来探测伺服阀的打开时间点和/或关闭时间点，并将其与相应的给定时间点比较。相应的偏差用来矫正对压电促动器的控制。
根据本发明的方法的另一实施方式，在喷射间歇期间对伺服阀进行调节。在这里，在喷射间歇期间利用平缓的电流曲线来控制有源的压电区，并利用力传感器来测量力，其中，求取与伺服阀的打开时间点相应的力信号最大值F_s_max，并将其与取决于蓄压器内压力的给定值比较。偏差用来矫正对压电促动器的控制，用于在相应的蓄压管压力下进行喷射。
在利用相应的电流曲线控制压电促动器时，力信号首先上升，直至达到最大值。然后力信号又下降。一旦力信号下降，压电促动器就又以负的电流曲线放电。
按照本发明的方法的又一其它的实施方式，在喷射阶段期间利用力传感器来测量力信号的与封闭件的返程时间点相应的最大值和与封闭件的关闭时间点相应的最小值。由两个时间点的差求取实际喷射时间，并将其与给定喷射时间比较。偏差用来矫正对压电促动器的控制。
利用力传感器可以识别出伺服阀关闭时间点。在关闭时间点之后才对压电促动器进行再充电。充电在此经过调节，使得作用到力传感器上的力保持在伺服阀的关闭力以下。伺服阀的关闭力F_schliess按下述计算：
F_schliess＝A_st*P_v+F_fed，
其中，
F_schliess＝伺服阀的关闭力；
A_st＝伺服阀座的面积；
P_v＝伺服阀腔压力；
F_fed＝伺服阀弹簧力。
由此可以确保可靠地存在力传递(Kraftanschluss)并使得伺服阀保持关闭。利用传感器上的力信号可以观察伺服阀腔压力或封闭件控制腔压力。在封闭件的运动返程点，产生力信号的最大值。该时间点被识别为喷嘴针返程时间点t_nad_umk。在喷嘴针关闭的时间点，在力信号曲线上产生最小值。该时间点被识别为关闭时间点t_nad_sch。
本发明的方法的上述实施方式可以同时一起采用，或者彼此分开地采用。可以采用多种方法的任意组合。
采用本发明的方法可以确保在喷射量要求相同的情况下特定于喷射器地在喷射阀的寿命期间通过所进行的调节来遵守从封闭件打开到关闭的时间。
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，封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。
下面借助实施例结合附图详述本发明。其中：
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示出用于喷射调节的一个实施方式的原理；
图4为曲线图，其示出了由力传感器测得的力和控制腔压力的曲线；
图5为调节方法的一个实施方式的流程图。
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封闭件的喷嘴针7，借助于该喷嘴针可以打开或关闭喷入口。如果喷嘴针7位于打开位置，在该位置，所述喷嘴针开启喷入口，就会将处于高压下的燃油从所述腔室喷入到燃烧室内。在喷嘴针7的关闭位置，此时喷嘴针关闭喷入口，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，针活塞5和喷嘴针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，图1还示出了燃油回流装置3以及用于喷嘴针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物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。无源的压电层在两侧设有相应的连接电极15。
图3在方框图中示出了喷射调节的一个实施方式的原理。在这里，在喷射阶段期间借助力传感器来探测伺服阀的打开时间点和关闭时间点，并将其与相应的取决于蓄压管压力的给定时间点比较。相应的偏差用于在控制压电促动器时调节电流曲线，进而用于调节喷射过程。
图4示出由力传感器测得的力信号的曲线(下面的曲线)以及喷嘴针控制腔内的压力的曲线(上面的曲线)。相应的伺服阀打开时间点和关闭时间点以及针返程点和针关闭点均已标出。这些点可以由曲线探测到，并与相应的给定值比较，如上所述。相应的偏差可以用于喷射调节。
图5示出调节方法的一个变型方案的流程图。在步骤30中利用电流曲线来控制压电促动器(有源的压电区)。在步骤31中利用所设置的力传感器来获知传感器电压，并通过特性曲线来获知相关的力。在步骤32中把力信号的曲线与给定曲线相比较，在步骤33中在控制压电促动器时利用相应的偏差来矫正充电曲线，进而用于调节喷射过程。
从步骤31起，也可以借助于所获取的力曲线来探测伺服阀的打开时间点和/或关闭时间点，如在步骤34中所示。所获取的时间点可以与相应的给定时间点比较(步骤35)，也可以利用偏差来矫正压电促动器的充电曲线(步骤36)，进而用于调节喷射过程。

Claims (9)

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，封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；和
把由力传感器获知的力与取决于蓄压器内压力(蓄压管压力)的给定值比较，并将相应的偏差用来矫正对压电促动器的控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在喷射阶段期间把从压电促动器充电到放电的力信号曲线与取决于蓄压器内压力(蓄压管压力)的给定曲线比较，并将偏差用来矫正对压电促动器的控制。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在喷射阶段期间通过力测量来探测伺服阀的打开时间点和/或关闭时间点，并与相应的给定时间点比较，并将偏差用来矫正对压电促动器的控制。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在喷射间歇期间利用平缓的电流曲线来控制有源的压电区，并利用力传感器来测量力，其中，求取与伺服阀的打开时间点相应的力信号最大值，并与取决于蓄压器内压力的给定值比较，并将偏差用来矫正对压电促动器的控制，用于在相应的蓄压管压力下进行喷射。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在喷射阶段期间利用力传感器来测量力信号的与封闭件的返程时间点相应的最大值和与封闭件的关闭时间点相应的最小值，由两个时间点的差求取实际喷射时间，并与给定喷射时间比较，其中，偏差用来矫正对压电促动器的控制。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在促动器再充电时调节充电，使得作用到力传感器上的力保持在伺服阀的关闭力以下。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，伺服阀的关闭力按下述计算：
F_schliess＝A_st*P_v+F_fed，
其中，
F_schliess＝伺服阀的关闭力；
A_st＝伺服阀座的面积；
P_v＝伺服阀腔压力；
F_fed＝伺服阀弹簧力。
8.一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，封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根据前述权利要求中任一项所述的方法。
9.如权利要求8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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