CN105723084B - 用于操作压电伺服喷射器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述用于操作内燃发动机的喷射器的方法，所述喷射器的喷嘴针借助于伺服阀由压电致动器进行操作。通过维持在所述压电致动器与所述伺服阀之间的持久直接力连接来消除所述压电致动器的空行程，使得当所述伺服阀打开和闭合时，以及当所述喷射器的所述喷嘴针闭合时，由于所述阀室中的压力变化的所述伺服阀上的作用力变化始终以作用力变化的形式传输到所述压电致动器。检测所产生的所述压电致动器的电压变化和/或电容变化，以及根据所检测的结果确定参数，通过所述参数来调节由所述喷射器所输出的喷射量。以此方式能够实现量的特别高度的计量准确度。

Description

用于操作压电伺服喷射器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作内燃发动机的喷射器的方法，所述喷射器的喷嘴针（nozzle needle）由压电致动器通过伺服阀来操作。
背景技术
在此类型的喷射器中，喷射器的喷嘴针并不直接连接到压电致动器，所述压电致动器的扩张和收缩产生喷嘴针的打开和闭合运动，而伺服阀位于喷嘴针与压电致动器之间，所述伺服阀的阀体连接到压电致动器，并且由于致动器的扩张，所述伺服阀被提升远离阀座。这发生抵抗阀弹簧的作用力，该作用力按压阀体抵靠阀座。将伺服阀的阀体提升远离阀座引起燃料流动，从而引起相关联的喷嘴针的操作。
在此类型的喷射器中，必须精确调节伺服阀运动和喷嘴针运动的剖面图，以便实现喷射精确计量的燃料量。例如，如此执行，使得确定和调整喷嘴针闭合时间。为此目的，在伺服阀闭合之后，必须将电压施加到压电致动器，并且因此致动器继续保持与伺服阀处于作用力接触。然而，这假定压电致动器的空行程是已知的。由此，同时适应空行程（通过压降或通过压电致动器在激活期间的频率/振幅的改变）。然而，此已知的适应方法是相对慢的，并且准确度和稳健性取决于操作条件。
发明内容
本发明基于提供一种在引言部分中所概述类型的方法的目标，通过所述方法能够实现由喷射器所计量的量的特别高的准确度。
根据本发明，通过所指示种类的方法来实现此目标，所述方法在于通过维持压电致动器与伺服阀之间的持久直接力连接来消除所述压电致动器的空行程，使得当伺服阀打开和闭合时，以及当喷射器的喷嘴针闭合时，由于阀室中的压力变化，伺服阀上的作用力的变化始终以作用力变化的方式传输到压电致动器；并且在于检测所产生的压电致动器的电压和/或电容变化，以及根据检测结果确定通过其调节喷射器所输出的喷射量的参数。
本发明基于消除压电致动器的空行程的基本理念，并且以在压电致动器与伺服阀之间始终实现直接力连接的此方式，由此使得当喷嘴针闭合时以及相应地当伺服阀打开/闭合时，反馈信号始终是可用的。因此，根据本发明始终确保在压电致动器与伺服阀之间的力连接，特别地甚至在极其低的操作压力下。由于此力连接，始终确保作用在伺服阀上的且当伺服阀打开或闭合时以及当喷嘴针闭合时由阀室中的压力变化所产生的作用力变化传输到压电致动器，使得以此方式引起作用在压电致动器上的作用力变化（其在此情况下用作传感器），以及因此引起所述压电致动器的电压和/或电容变化。随后根据此电压和/或电容变化确定参数，通过这些参数来调节由喷射器所输出的喷射量。因此，根据本发明的方法的卓越指出在于高度的准确性，能够快速执行且具有高水平的鲁棒性。
通过确定和评估在压电致动器上的电压变化、电容变化和/或作用力变化来优选地确定伺服阀的打开时间或闭合时间和/或喷嘴针的闭合时间。通过根据本发明的方法能够以尤其准确的方式来确定这些时间。能够将所确定的相对应的实际时间（ACTUAL）与存储在内燃发动机的控制装置中的期望时间（DESIRED）进行比较以及进行调整，使得喷射量符合期望量。具体地，能够调节压电致动器的充电时间和/或充电能量、压电致动器的喷射时间和/或放电时间以便获取此效果。
为了调整对于压电致动器与伺服阀之间的持久直接力连接所需的作用力，能够使用由所述作用力在压电致动器上所产生的电压，其中能够根据电压来计算作用力。当作用力已经到达期望值时，能够终止调整操作。
存在用于实现压电致动器与伺服阀之间的持久密封力连接的各种优选方法。这些方法能够彼此独立地执行，但也能够组合执行。
在根据本发明的方法的一个实施例中，通过增加用于伺服阀的弹簧作用力来产生持久直接力连接。根据本发明，例如先前所使用的10N弹簧作用力在此情况下增加到100-140N。
在本发明的在另一个实施例中，通过相对于压电致动器刚度（特别地，所述刚度值的两倍到四倍）调整阀座刚度来产生持久直接力连接。当根据压电致动器的刚度K_压电（K_piezo）来调整或设计阀座在闭合边缘处的刚度K_座（K_seat）时，特别需要注意的是，与K_压电相比，K_座不是过高的，并且由此在由于压电后极化/去极化或由于温度变化而引起的致动器关于喷射器本体的扩张变化的情况下，仍产生压电致动器与伺服阀之间的力连接。其次，K_座不应低于K_压电，使得在压电激活的情况下存在处于打开状态中的足够的阀升程。因此优选调整或设计阀座刚度，使得它的刚度是压电致动器刚度的两倍至四倍（例如，与压电致动器的10N/微米相比，现在从75N/微米到30N/微米）。
在另外的变型中，在没有液压作用力的情况下在安装喷射器期间调整持久直接力连接，使得将喷射器本体上的夹持力考虑在内，在将喷射器夹持到内燃发动机的相关联的气缸中之后，在压电致动器与伺服阀之间的力连接是弹簧作用力的一部分，特别地接近弹簧作用力的一半。换言之，阀座闭合力在没有轨压下应为大约70N，例如在140N的弹簧作用力下。优选地，在压电致动器与蘑菇状阀之间的力连接在此也为70N，并且因此在由于后极化和/或由于关于喷射器本体的温度变化而引起的压电扩张中的变化的情况下，在致动器与伺服阀之间仍存在力连接或充分的阀座闭合力。
在每种情况下，根据本发明的方法确保调整持久直接力连接，使得甚至在极低的操作压力（例如在150巴）下其也能够得以保证。
优选地，通过产生持久密封力连接来稳定压电极化。在此情况下，在致动器与伺服阀之间的力连接因此也用于稳定压电极化。特别地，当致动器在压电后极化增加时进一步扩张时，由于在致动器与伺服阀之间的力连接的在致动器上的作用力在此情况下增加，这引起压电后极化的减少，以及因此引起较低水平的致动器扩张。在压电去极化的情况下，其也以相反的方式适用。因此，压电后极化或去极化受到非常严格地限制，这在相应操作点处没有激活的情况下有助于保持压电致动器的长度恒定。
在发动机的操作期间，优选地，致动器不是短路的，直到压电致动器放电之后的下一次喷射操作，并且因此由于作用力变化所引起的电压变化保持可见的。
以此方式形成的喷射器也能够用于通过控制压电电压容易产生泄露，而不打开喷嘴针。这被使用以便通过小喷射量要求（特别地，在喷射操作关断的情况下），在没有PDV/PCV（压力出口阀）的情况下将轨压减少到期望值。
附图说明
以下将结合附图参考示例性实施例来详细解释本发明，其中：
图1示出包括压电致动器和伺服阀的喷射器的一部分的示意性截面图；以及
图2示出了框图，其示出用于操作喷射器的方法。
具体实施方式
图1示出内燃发动机的喷射器的一部分，所述喷射器的喷嘴针（未示出）借助于伺服阀2由压电致动器1进行操作。伺服阀2具有与阀座4互相作用的蘑菇状阀体3。弹簧5按压阀体3抵靠阀座4。当将电压施加到压电致动器1时，所述压电致动器在图中向下扩张，并且以此方式由于弹簧5的作用力使伺服阀2的阀体3在图中向下移动，使得因此在阀座4与阀体3之间打开流动通道，燃料流动通过所述流动通道，并且因此能够进行喷嘴针的运动（未示出）用于开始待执行的喷射过程。
当施加到压电致动器1的电压关断时，压电致动器收缩，使得阀体3在图中向上移动弹簧5并且再次闭合伺服阀2。在这种情况下，根据本发明的方法确保消除在压电致动器1与阀体3之间发生的空行程，并且维持在压电致动器1与伺服阀2之间的持久直接力连接。当伺服阀2打开和闭合时，以及当喷嘴针闭合时，由于阀室中的压力变化，作用在伺服阀2上的作用力变化因此始终以作用力变化的形式传输到压电致动器1，并且在此明显变成用作传感器的压电致动器1的电压变化和/或电容变化。能够检测此变化，并且能够根据检测结果确定通过其调节喷射器所输出的喷射量的参数。
图2示意性地示出根据本发明的方法的单独步骤。为了建立和维持在压电致动器与伺服阀之间的持久直接力连接，在步骤10中增加用于伺服阀2的弹簧作用力，在步骤11中相对于压电致动器1的刚度调整阀座刚度，和/或在步骤12中将喷射器本体上的夹持力考虑在内，在将喷射器夹持到内燃发动机的相关联的气缸中之后，调整在压电致动器1与伺服阀2之间的力连接，使得力连接接近弹簧作用力的一半。在步骤13中相应地结合这些测量以便维持压电致动器1与伺服阀2之间的持久直接力连接。
在步骤14中随后打开和闭合伺服阀2，并且闭合喷嘴针。在步骤15中检测所产生的压电致动器的电压和/或电容变化。在步骤16中根据检测结果确定相对应的参数，例如充电时间、充电能量、喷射时间和放电时间，以及在步骤17中随后相应地调节所述参数，且由此喷射量始终符合所期望的量。

Claims (11)

1.一种用于操作内燃发动机的喷射器的方法，所述喷射器的喷嘴针借助于伺服阀由压电致动器进行操作，其特征在于，通过维持所述压电致动器（1）与所述伺服阀（2）之间的持久直接力连接来消除所述压电致动器（1）的空行程，使得当所述伺服阀（2）打开和闭合时，以及当所述喷射器的所述喷嘴针闭合时，由于阀室中的压力变化的所述伺服阀（2）上的作用力变化始终以作用力变化的形式传输到所述压电致动器（1）；以及，检测所产生的所述压电致动器（1）的电压变化和/或电容变化，以及根据所检测的结果来确定参数，通过所述参数来调节由所述喷射器所输出的喷射量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过确定和评估在所述压电致动器（1）上的电压变化、电容变化和/或作用力变化来确定所述伺服阀（2）的打开时间或闭合时间和/或所述喷嘴针的闭合时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调节所述压电致动器（1）的充电时间和/或充电能量、所述压电致动器（1）的喷射时间和/或放电时间。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了调整对于所述压电致动器（1）与所述伺服阀（2）之间的持久直接力连接所需的作用力，使用由所述作用力在所述压电致动器（1）上产生的电压，其中根据所述电压计算所述作用力，并且当所述作用力已经到达期望值时终止调整操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过增加用于所述伺服阀（2）的弹簧作用力来产生所述持久直接力连接。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过相对于所述压电致动器的刚度调整阀座的刚度来产生所述持久直接力连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阀座的刚度是所述压电致动器的刚度的两倍-四倍。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在没有液压作用力的情况下，在所述喷射器的安装期间调整所述持久直接力连接，使得将所述喷射器本体上的夹持力考虑在内，在将所述喷射器夹持到所述内燃发动机的相关联的气缸中之后，在所述压电致动器（1）与所述伺服阀（2）之间的力连接是所述弹簧作用力的一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述压电致动器（1）与所述伺服阀（2）之间的力连接是所述弹簧作用力的一半。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调整所述持久直接力连接，使得甚至在极低的操作压力下其也能够得以保证。
11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过产生所述持久直接力连接来稳定压电极化。
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