CN104421082B - 将用过车辆的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将用过车辆的内燃发动机喷射器压电致动器恢复极化的方法，压电致动器在车辆投入使用前经历初始极化，该方法包括以下步骤，压电致动器与喷射器关联，喷射器安装在发动机上，发动机停机：在不低于十分钟的第一指定时间间隔(T1)期间给压电致动器的端子施加第一极化电压(V1)；在第一时间间隔(T1)后的不短于第一时间间隔的第二时间间隔(T2)期间停止施加第一极化电压(V1)；在第二时间间隔后的第三时间间隔(T3)期间给压电致动器的端子施加第二极化电压(V2)；在第三时间间隔(T3)后停止将第二极化电压(V2)施加到压电致动器的端子；连续的第一、第二和第三时间间隔限定压电致动器的恢复极化序列。

Description

将用过车辆的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化

技术领域

本发明涉及一种用于将用过车辆(used vehicle)的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化的方法和装置，所述压电致动器在车辆投入使用之前已经历过初始极化。

背景技术

存在已知的方式来采用压电致动器控制靠例如汽油或柴油的燃料运行的内燃发动机中的喷射器的打开和关闭。

以已知的方式，压电致动器主要由限定具体长度的陶瓷元件叠堆构成，所述陶瓷元件具有在电场作用改变它的长度和相反地在机械应力的作用下产生电场的性质；所述陶瓷元件叠堆在止动件和阀装置之间而放置在喷射器中，并大概地按以下方式运行：当通过电压给压电致动器施加电负荷时，它的长度增加并打开喷射器的阀装置，从而将压力下的燃料释放到燃烧室内。同样地，这也就是说在阀装置的关闭位置，在压电致动器和阀装置之间存在间隙，从而允许阀装置关闭并防止朝着燃烧室的非受控燃料泄漏。

为了稳定并具有可再现的行为，压电致动器必须以参考值极化，这在所述致动器的制造期间在工厂中完成，并且处于发动机放入车辆中之前。被称为初始极化的这种极化包括由被称为极化电压的指定电压施加电负荷达同样指定的时段，穿过压电致动器的端子，由此导致后者的晶体结构沿着压电叠堆中所建立的电场的方向取向，其对应于所期望的压电致动器尺寸变化的方向。在压电叠堆的端子处的初始极化电压被去除后，所述叠堆保留残余的极化状态用于它的后续使用。

但是，压电致动器在其用于内燃发动机期间容易失去这种初始极化，特别地由于车辆基本上在市区使用，这产生低发动机速度以及由此的低标称电压，所述低标称电压明显低于用于在低燃料压力下操作喷射器的极化电压。事实上，施加到压电致动器以打开喷射器的标称供应或操作电压作为所请求的转矩和发动机速度的函数被调节。尤其地，在合适时，其作为燃料压力的函数被调节，所述燃料压力对抗喷射器的阀装置打开，更一般地，对抗打开喷射器的阀装置所需的能量。

应该注意的是，喷射器(其特别地用于靠高压下的柴油燃料运行的内燃发动机)优选被设计成使得燃料压力以这样一种方式被应用，即其在喷射器的关闭的位置中从阀装置的如下所述侧施加：该侧将后者保持在其依靠其底座的位置。

其他的使用状况，比如发动机温度增加和/或降低的重复循环，或者对应于车辆长时间不动而不使用压电致动器的长时段，也可以导致压电致动器的极化随时间改变。

去极化或漂移，导致压电致动器的陶瓷元件叠堆收缩，因此导致压电致动器和阀装置之间的间隙增大。间隙的增大导致更不精确的致动器控制，这可能导致一次或多次少量燃料喷射的损失，例如已知的引燃(pilot)喷射，因为喷射器不再有时间来补偿该间隙，且将阀打开达短暂的时间间隔，这导致发动机噪音和污染的增大(由于没有引燃喷射从而主喷射燃烧以高压力梯度进行)，以及导致驾驶令人不快。由于喷射器打开较长时间，压电致动器的漂移导致实际喷射到燃烧室内的燃料数量的控制恶化。

另外，在之前极化过的压电致动器上不可能实施新的初始极化，因为致动器在初始极化后经历了由绝缘保护涂层涂覆然后安装在喷射器壳体上的处理。在大部分情况下，不可能被执行对于给压电陶瓷层叠堆施加应力和超过100℃高温有要求的初始极化程序。

但是，存在补偿压电致动器去极化的方法，其目的在于在当产品离开工厂时所被施加的初始极化之后，对致动器再次极化，这些方法多少有点作用但花费很大，且通常要求拆卸喷射器。在很多情况下，当去极化太严重且不能有效地补偿时，压电致动器或甚至整个喷射器被替换。

本申请人在2012年5月23日的法国专利申请FR1254719中已提出一种车辆内燃发动机的燃料喷射器的压电致动器的控制方法，其包括在发动机使用期间和燃料喷射期间给致动器施加极化电负荷的步骤。

发明内容

申请人继续其研究并现在提出一种在发动机停机且对车辆影响最小的在一次性(one-off)基础上使用的恢复极化方法，并且其旨在至少部分程度地克服前述缺点，并且旨在快速改善已经变得去极化的压电操作的喷射器的性能。

更准确地，本发明涉及一种将用过车辆的内燃发动机的喷射器的压电致动器恢复极化的方法，所述压电致动器在车辆投入使用前已经历了初始极化，其特征在于，该方法包括以下步骤，压电致动器与喷射器关联，喷射器安装在发动机上，发动机停机：

·确保残余的喷射器燃料供应压力低于指定阈值，低于该阈值时没有到往燃烧室内的燃料喷射发生，

·在不低于十分钟的第一时间间隔期间给压电致动器的端子施加第一极化电压，

·在第一时间间隔后的且不短于第一时间间隔的第二时间间隔期间停止施加第一极化电压，由此限定没有电压施加到致动器端子的暂停时间，

·在第二时间间隔后的第三时间间隔期间将第二极化电压施加到压电致动器的端子，

·在第三时间间隔后停止将第二极化电压施加到压电致动器的端子，

所述连续的第一，第二和第三时间间隔限定了压电致动器的恢复极化序列。

根据本发明的方法可以在车辆上的维护操作期间有利地使用(例如在服务站中)，而且特别地能免除对严重去极化的喷射器或多个喷射器进行更换的需要。有利地，例如它能在不到半天的时间内使用。该方法在车辆静止且发动机关闭的情况下被使用，利用发动机热和环境温度来执行操作，这缩短了运行所需的时间。压电致动器不处于任何压力下，因为它在喷射器的后止点和喷射器的阀装置之间是自由的。根据本发明的单次恢复极化序列通常至少部分地足以恢复压电致动器的极化，从而使致动器在与喷射映像(map)相一致的时间间隔内正确地执行打开和关闭喷射器阀针的功能(所述喷射映像在发动机控制单元内执行)，但是如果需要时可以执行多于一个的序列。根据本发明的恢复极化序列使致动器被恢复极化并使这种恢复极化长期持久，无论车辆是否使用。最短十分钟的第一指定时间间隔代表一种时长，短于该时长，在根据本发明的整个方法的应用结束时所述恢复极化不是足够有意义的。术语“之后”在这里被解释为时间上“紧跟其后”或者“紧接着”，和“紧随”或“连贯”是同义词。的

根据有利的特征，暂停时间是第一或第三时间间隔的一到三倍。

序列中的暂停时间很重要并确保恢复极化的持久性。

根据有利的特征，第一时间间隔在30到45分钟之间。

这个施加第一极化电压的时长被限定为在产生不足极化的较短时间和获得充分极化的较长时间之间的最佳折衷。第一时长可以在环境温度下或利用发动机热来完成。“环境温度”是指冷发动机的温度。

根据有利的特征，第三时间间隔等于或接近等于第一时间间隔。

这段时长进一步提高压电致动器的极化。

根据有利的特征，第一极化电压和第二极化电压大约是160伏。

根据有利的特征，第一和第二极化电压通过电压增加装置由车辆电池提供，所述方法进一步包括在第一极化电压在第一时间间隔T1内施加到压电致动器的端子之前确保所述电池的电压在预定电压阈值以上的步骤。

例如大约160伏的极化电压可以有利地经由电压增加装置，例如连续-连续或DC-DC(代表“直流-直流”)的电压转换器，也被称为DC-DC斩波器(chopper)，而通过车辆电池得到。因此，根据本发明的方法可通过利用车辆自身所提供的能量应用，例如通过在外部独立工具中执行的软件，其通过连接到发动机控制单元的诊断端口来使用车辆的发动机控制单元，从而根据本发明将极化电压序列应用到车辆燃料喷射器的压电致动器。

根据有利的特征，施加第一或第二极化电压的时间间隔包括连续的电压脉冲周期，每个电脉冲具有范围从5毫秒到几秒，优选从10到100毫秒的时长。

因此，所施加的电压脉冲具有与喷射器平均打开时间相比的高时长，其在其运行作为喷射器致动器的环境中是指压电致动器的平均激活时间，其等于几百微秒。

根据有利的特征，第一极化电压、暂停时间和第二极化电压分别被施加到发动机所有的压电致动器。

根据有利的特征，根据本发明的方法在第一或第三时间间隔内施加所述连续电压脉冲给所有的发动机压电致动器，从而使得施加到指定喷射器的连续电压脉冲由与给往每个其余压电致动器的连续电压脉冲的施加时间相对应的停止时间分隔。

本发明还涉及将用过车辆的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化的装置，所述压电致动器在车辆投入使用之前已经历过初始极化，压电致动器与喷射器相关联，喷射器安装在发动机上，发动机被停止并具有发动机控制单元，所述装置的特征在于其包括：

·所述车辆发动机控制单元，

·包含电池和电压增加装置的车辆电源，以及

·执行根据本发明的方法的装置。

所述装置可采用诊断箱的形式，所述诊断箱适于激活车辆发动机控制单元并适于作用在发动机控制单元上从而在发动机停止时控制发动机喷射器用于实施根据本发明的方法的目的，同时有利地但不是必须地，在确定对于实施所述方法而言电池中存在充足的能量储备可用，但不会妨碍车辆的后续运行(尤其是其启动)之后，利用车辆自身的能量。实施根据本发明的方法的装置可以有利地包括在装置内执行的软件。

附图说明

通过下面结合附图的根据本发明的恢复极化方法的实施例，其他特征将变得明显，这种示例被提供用于阐释目的而不是限制。

图1示出了用于燃料喷射器的压电致动器的根据本发明的恢复极化方法的实施例的总体示意图。

图2示意性地示出了图1的放大细节。

图3示意性地示出了在贯穿根据图1和2的方法的应用示例中，压电致动器和喷射器阀装置之间的间隙随时间变化的曲线。

具体实施方式

图1到3中所示的恢复极化方法施加到用过车辆(未示出)内燃发动机的喷射器的压电致动器，压电致动器在车辆投入使用前已经历过初始极化。在实施所述方法期间，压电致动器按照原始装配与喷射器相关联，喷射器安装在发动机上，发动机停机。因此喷射器在车辆上处于其初始安装。所述方法不要求拆卸致动器或喷射器。其能有利地在服务站中在维护车辆期间使用。

在图1和2中，执行所述方法的时间t在水平轴上示出，施加到压电致动器端子的电压V在垂直轴上示出。

根据图1到3的方法包括以下步骤：

·例如在喷射器的共用燃料供应轨道中(未示出)，确保残余压力低于指定阈值，低于该阈值没有燃料喷射到往燃烧室内，因为施加到喷射器压电致动器的极化电压在喷射器阀装置上产生致动器压力，从而打开该喷射器阀装置，

·在必须不低于十分钟的第一指定时间间隔T1或第一有效时间间隔T1期间给压电致动器的端子施加第一极化电压V1，如图1中所示，

·在第一时间间隔T1后的至少等于第一时间间隔的第二时间间隔T2期间停止第一极化电压V1的施加，由此限定没有电压被施加到致动器端子的暂停时间，如图1中所示，

·在第二时间间隔T2后的第三时间间隔T3或第二有效时间间隔期间给压电致动器的端子施加第二极化电压V2，如图1中所示，

·在第三时间间隔T3后，停止对压电致动器的端子的第二极化电压V2的施加，如图1中所示。

所述连续的第一T1、第二T2和第三T3时间间隔共同限定压电致动器的有利地完整的恢复极化序列。

不燃料供应的压力阈值(高于该阈值一定不能实施如所描述的方法)能够通过燃料供应压力传感器测得，该传感器通常存在于发动机喷射器的共用燃料供应轨道中。该阈值依赖于喷射器，并通常被认为大约等于100巴，这代表利用压电致动器打开喷射器的最小平均压力。优选地，该阈值被设置在大约20巴，这确保在极化电压的施加期间绝对不会发生喷射器的打开。

第一有效时间间隔T1优选在30到45分钟的范围内，优选接近或等于45分钟。

第二时间间隔T2或暂停时间，优选在第一T1或第三T3时间间隔的一倍和三倍之间，优选等于或接近等于两倍。

第三时间间隔T3或第二有效时间间隔，优选等于或接近等于第一时间间隔T1。

第一极化电压V1和第二极化电压V2优选在140到180伏的范围内，优选均为大约160伏。

优选地，第一V1和第二V2极化电压通过车辆电池(未示出)经由电压增加装置施加，例如通常装配到具有低压电池和压电驱动喷射器的热机车辆上的已知类型的DC-DC电压转换器。在这种情况下，所述方法还包括在第一极化电压V1在第一时间间隔T1期间施加到压电致动器的端子之前，确保车辆电池的电压在预定电压阈值以上的步骤。该步骤能够在确定残余燃料压力的步骤的同时、之前或之后地执行。在10到12伏范围内、优选在11到12伏范围内的最小电压阈值是合适的，因为从DC-DC转换器汲取的用于实施所述恢复极化方法的能量是相对较低的，大约几毫焦。因为不可能达到最小电压阈值，所以不使用车辆电池的能量来实施所述方法是优选的，从而避免了在恢复极化方法实施之后必需立即使用电起动机时的任何问题。在这种情况下，所述方法可以利用外部电源实施。

如图2中所示，其中水平轴表示已经放大的时间值，用于施加第一V1或第二V2极化电压的时间间隔T1或T2分别有利地包括连续的电压脉冲Imp，例如Imp1、Imp2、Imp3的循环，如图2中所示，每个所述电脉冲Imp优选地具有在5毫秒到几秒范围内，优选从10到100毫秒的持续时长t_i。

在图1中，在时间间隔T1或T2内的极化电压V1或V2的施加分别用多条垂直线表示，例如，所述多条垂直线模拟电压脉冲Imp，所述电压脉冲Imp在图2中通过脉冲曲线Imp1，Imp2，Imp3部分地且以放大的形式表示。在两个连续的脉冲Imp之间，停止时间tp_i在图2中示出。例如，所述停滞时间tp_i对应于给发动机的每个其他的压电致动器施加极化电压脉冲Imp1，Imp2，…的时间间隔。在所示示例中，对于具有四个喷射器的发动机而言，时间间隔tp_i等于或接近等于时间间隔t_i的三倍，从而使得所有的四个喷射器都被恢复极化。所以发动机所有的压电致动器都有利地并行恢复极化。换句话说，第一极化电压V1、暂停时间T2、第二极化电压V2分别施加到发动机所有的压电致动器。在时间间隔T1内，第一电压V1以连续脉冲的形式交替地施加到发动机的每个压电致动器。第二电压V2以同样的方式在时间间隔T3内施加。在暂停时间T2期间，没有致动器接收到电压。因此，在第一T1或第三T3时间间隔期间，连续的电压脉冲Imp施加到发动机所有的压电致动器，从而使得施加到指定致动器的连续的电压脉冲Imp1，Imp2，Imp3由停止时间tp_i分开，所述停止时间tp_i与如下的时间间隔相对应：所述时间间隔用于将相应的连续电压脉冲施加到每个其他的压电致动器。

在图3中，实施上述方法的时间在水平轴上表示，并且在垂直轴上表示了代表在接受恢复极化的喷射器压电致动器和喷射器阀装置之间的喷射器间隙的参数，即电压V_Blindlift。该电压V_Blindlift对应于在某种条件下将施加到压电致动器端子以补偿喷射器的所述间隙的参照电压。随着喷射器间隙增大，电压V_Blindlift变得更高。因此，曲线C_Blindlift表示在所述恢复极化方法中所述间隙的变化。在曲线C_Blindlift的水平轴以下，图1的示意图以同步的方式示出，从而使恢复极化方法的实施与在压电致动器上所产生的效果关联起来。

图3的水平轴(时间)与垂直轴在对应于喷射器初始极化的电压V_init的高度上相交。在方法开始时喷射器表现出对应于过大的喷射器间隙的电压水平V_inj。实施上述恢复极化方法被从水平轴上t＝0的时刻开始。能看到初始极化的电压V_init在所述方法期间不会达到。所以，根据本发明的方法不能用于恢复压电致动器的初始极化。但是，它能用于恢复允许喷射器再次发挥其预定作用的足够的极化。事实上，在该方法的结尾，换句话说在水平轴上t＝3小时的时间间隔T3的结尾处，喷射器中超过大约75％的失去极化被恢复。在不到200小时的时间后，或者大约在根据本发明的方法实施后，失去初始极化(V_inj-V_init)的约一半保留在压电致动器中。这一半在图3中用距离ΔV_repol来表示。这表示对于喷射器的正确运行的足够的恢复极化。

更详细地，图3示出了在时间间隔T1内喷射器间隙显著下降，然后在暂停时间T2内以基本上均匀的方式增加，直到在时间间隔T3内施加第二极化电压为止，在此期间喷射器间隙低于其在时间间隔T1期间的第一电压施加结束时所达到的水平。在时间间隔T1内的第一极化电压施加之后，发现所获得的极化是不稳定的，因为在暂停时间内以均匀或接近均匀的方式失去。在第三时间间隔T3内的第二极化电压施加之后，发现所获得的极化在紧跟着第三时间间隔T3的终点的几个小时后的极化部分损失后稳定。

应当明白极化电压的施加的有效循环(也就是示例中的第一时间间隔T1和第三时间间隔T3)能增加，同时暂停时间T2(也就是示例中的第二时间间隔)总是位于两个连续的有效循环之间，此暂停时间至少等于施加极化电压的有效循环中的一个的时长。

一种用于将用过车辆的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化的装置的示例，压电致动器在车辆投入使用前已经历过初始极化，压电致动器与喷射器相关联，喷射器安装在发动机上，车辆停机并具有发动机控制单元，该装置允许执行借助图1-3而如上所述方法，所述装置的示例有利地包括：

·车辆的发动机控制单元，

·车辆的电源，包括电池和电压增加装置，例如车辆的DC-DC电压转换器，

·在电子维护箱中执行的软件，所述电子维护箱包括例如通过发动机控制单元的诊断端口与发动机控制单元连接的电气连接装置，并且所述软件允许发动机控制单元被激活并被控制以用于应用如上所述方法的步骤的目的。

Claims (11)

1.一种将用过车辆的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化的方法，所述压电致动器在车辆投入使用前已经历过初始极化，其特征在于，所述方法包括如下步骤，所述压电致动器与所述喷射器相关联，且所述喷射器安装在发动机上，所述发动机停机：

·确保残余的喷射器燃料供应压力低于指定阈值，低于所述指定阈值时向燃烧室中的燃料喷射不能发生，

·在不低于十分钟的第一指定时间间隔（T1）期间将第一极化电压（V1）施加到压电致动器的端子，

·在第一时间间隔（T1）之后的且至少等于第一时间间隔（T1）的第二时间间隔（T2）期间停止施加第一极化电压（V1），由此限定没有电压施加到致动器端子的暂停时间，

·在第二时间间隔后的第三时间间隔（T3）期间将第二极化电压（V2）施加到所述压电致动器的端子，

·在第三时间间隔（T3）后停止将第二极化电压（V2）施加到所述压电致动器的所述端子，

连续的所述第一（T1）、第二（T2）和第三（T3）时间间隔共同限定压电致动器的恢复极化序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述暂停时间在第一（T1）或第三（T3）时间间隔的一倍与三倍之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一时间间隔（T1）在从30到45分钟的范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，第三时间间隔（T3）等于第一时间间隔（T1）。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，第一极化电压（V1）和第二极化电压（V2）均为约160伏。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一（V1）和第二（V2）极化电压通过车辆电池经由电压增加装置施加，所述方法还包括确保在第一指定时间间隔（T1）期间将第一电压（V1）施加到所述压电致动器的所述端子之前所述电池的电压高于预定电压阈值的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，用于施加第一（V1）或第二（V2）极化电压的时间间隔包括连续电压脉冲（Imp）的循环，每个所述电压脉冲具有在从5毫秒到数秒的范围内的时长（t_i）。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，用于施加第一（V1）或第二（V2）极化电压的时间间隔包括连续电压脉冲（Imp）的循环，每个所述电压脉冲具有在从10到100毫秒的范围内的时长（t_i）。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一极化电压（V1）、所述暂停时间和第二极化电压（V2）被分别施加到发动机的所有压电致动器。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其包括：在第一（T1）或第三（T3）时间间隔期间将所述连续电压脉冲施加到发动机的所有压电致动器，从而使得施加到给定喷射器的所述连续电压脉冲（Imp）由停止时间（tp_i）所分隔，所述停止时间（tp_i）对应于给往每个其余压电致动器的连续电压脉冲的施加时间。

11.用于将用过车辆的内燃发动机喷射器的压电致动器恢复极化的装置，所述压电致动器在车辆投入使用之前已经历初始极化，所述压电致动器与喷射器相关联，所述喷射器安装在发动机上，并且所述发动机停机并且具有发动机控制单元，所述装置特征在于其包括：

·车辆的所述发动机控制单元，

·包含电池和电压增加装置的车辆电源，以及

·用于执行根据权利要求1-10任一项所述的方法的装置。