CN105934577B - 用于操作喷射阀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作喷射阀的方法，该喷射阀的喷嘴针阀通过压电致动器被致动，其中，该喷嘴针阀的动态提升轮廓被确定并被控制。包括致动器电流或致动器负载和/或致动器电压的变量在喷射过程期间被连续检测并且该喷嘴针阀的动态提升轮廓借助于针对喷射阀的喷嘴针阀运动的模型结构被重建，由此导出致动器电流、或致动器负载、和/或致动器电压的目标变量。所述目标变量与实际值相对比，并且所述两个值之间的偏差被最小化。

Description

用于操作喷射阀的方法

本发明涉及用于操作喷射阀的方法，该喷射阀的喷嘴针阀通过压电致动器驱动。

关于内燃机的这样的喷射阀，在所有操作条件下以及在相关机动车辆的整个使用寿命期间对喷射量的精度和稳健性都有非常高的要求。为了实现这些目标，已经开发了用于喷射阀的控制方法。在一些情况下，现有的控制理念将来自压电致动器的反馈信号用于在实际喷射过程期间识别喷嘴针阀位置的每个静态点的目的。就此而论，压电致动器充当传感器。但是，该信息受到相当多的的干扰变量影响，因为压电致动器同时被用作致动器和传感器。此外，这些所谓的基于信号的方法无法给出关于喷嘴针阀的动态行为的陈述-也就是说，不能表征针阀行程的运动路径。因此不可能生成绝对的位置值。但是，严格来说在不具有机械停止点（例如，由于机械阻塞对喷嘴针阀行程的限制）的喷射阀的情况下，对于喷射阀的精确致动重要的是知晓喷嘴针阀的绝对位置。这对于所需喷射量的精确实现是决定性的。

因此，目前仅能够通过利用压电效应（例如，在关闭针阀时在喷嘴针阀和压电驱动器之间力的耦合）静态地捕捉喷嘴针阀的位置值。然而，这些方法都受到相当多的干扰变量影响，该影响仅能被抑制到有限程度。就此而论，精细的真实性检查方法得到应用，但是，其在某些情况下无法滤除所有可能的特性情况和误差情况并且因此导致剩余不允许的残留物差。

影响反馈信号的干扰变量尤其通过最后一级的驱动轮廓，通过在压电致动器和喷嘴针阀之间的力传递中的空行程，通过喷嘴针阀区域中的摩擦作用，以及还通过压电致动器的实际行程行为被生成。所述影响降低导出的受控变量的稳健性，并且因此还影响控制性能的质量并最终影响喷射量的质量。

本发明的基本目的在于提供一种可用于操作如在引言中所述的类型的喷射阀的方法，利用该方法，喷嘴针阀行程的进度能够尤其容易且精确地被确定。

根据本发明，该目的利用通过使用以下步骤确定和控制喷嘴针阀行程的动态进度的特定类型的方法被实现：

在喷射过程期间连续捕捉由致动器电流或致动器负载（charge）和/或致动器电压组成的实际量；

在针对喷射阀的喷嘴针阀运动的模型结构基础上，重建喷射阀的喷嘴针阀行程的动态进度，以及由此确定由致动器电流或致动器负载和/或致动器电压组成的期望量，其中，喷嘴针阀行程的动态进度通过将关于个别喷射阀的至少一个离散测量值引入至喷嘴针阀运动的基础模型中经由简化（约化）模型被重建；以及比较期望量与实际量，并最小化两个量之间的差值。

在根据本发明的解决方案的情况下，与现有技术相对比，关于压电致动器的某些量连续被捕捉并与从针对喷射阀的喷嘴针阀的运动的模型结构得到的量相对比。这两个量之间的差值被确定并被最小化，以便控制喷嘴针阀行程的进度。

就此而论，在喷射过程期间特别是由致动器电流或致动器负载和/或致动器电压组成的物理量在控制装置上被捕捉，例如通过集成测量系统。此外，喷射阀的喷嘴针阀行程的动态进度基于针对喷射阀的喷嘴针阀的运动的模型结构被重建。从传感器模型获得的信息在这种情况下以上文所述的方式被使用以校正实际针阀行程并且因此保证喷射阀的精确致动。

喷嘴针阀行程的动态进度通过将关于个别喷射阀的至少一个离散测量值引入至喷嘴针阀运动的基础模型中经由简化（约化）模型结构被重建。因此，起点是对应于这样类型的喷射阀的针阀运动的基础功能的基础模型。这个基础模型通过引入关于个别喷射阀的至少一个离散测量值被修改。通过这种方式，对喷射阀的对应模型做出调整。就此以离散测量值的方式，优选地利用喷嘴针阀的打开时间和/或闭合时间。

在根据本发明的方法的情况下，对于致动器/针阀行程和/或作用在致动器上的力的内部状态变量，尤其是致动器速度和/或致动器行进，优选地通过模型结构被确定。根据这些状态变量，然后能够确定针对简化模型公式的针阀行程。

期望量与实际量之间差值的最小化能够例如通过合适的优化算法进行，例如，通过最小化在测量的量之间的误差区域或与导出量和与模型输出的对应量的加权组合进行。

根据本发明的方法优选地适用于操作带有通过压电致动器直接驱动的喷嘴针阀的喷射阀。但是，原则上，该方法也能被应用在带有间接驱动器的阀的情况下，例如被应用在带有线圈致动的致动元件的喷射阀和带有伺服喷射器的喷射阀的情况下。

下面将结合附图基于实施例对本发明进行详细阐述。被示出的是：

图1 重现喷射阀的压电/针阀行程随时间变化的图解；

图2 用于操作喷射阀的方法的流程图；以及

图3 图2中所示方法的框图。

图1以图解示出示例性喷射阀的压电/针阀行程随时间变化的进度。随着开始供给电流，针阀行程到达操作点t_{OPP_0}（空行程）、t_OPP0.1（针阀模量（弹性）的开始）以及t_OPP1（针阀的打开）。在t_OPP2，已经达到最大针阀行程。在t_OPP3，关闭针阀的过程开始，然后在t_OPP4针阀已经完全关闭。在t_OPP4.1，已经克服空行程。压电行程的进度对应于针阀行程的进度直到标记开始放电的所示箭头。从这点开始，压电行程的进度不同于针阀行程的进度。这两个进度在点t_OPP4处再次汇合。

在此示出的点t_OPP1（针阀打开点）和点t_OPP4（针阀完全闭合）在根据本发明的方法的过程中被检测到并且其作为离散测量值被引入至喷嘴针阀运动的基础模型中。

下文所述的实施例涉及一种用于操作喷射阀的方法，该喷射阀的喷嘴针阀通过压电致动器被驱动，其中，喷嘴针阀行程的动态进度被确定并被控制。在第一步骤1中，通过致动器电压利用集成到控制设备的测量系统被测量，压电致动器的致动器电压在喷射操作期间连续地被捕捉。例如，对应的测量值被存储。

在另一步骤（步骤2）中，喷射阀的喷嘴针阀行程的动态进度在针对喷射阀的喷嘴针阀的运动的模型结构的基础上被重建。在这种情况下，喷嘴针阀行程的动态进度通过将喷嘴针阀的针对当前喷射阀检测到的打开时间和闭合时间引入到喷嘴针阀运动的基础模型中经由简化（约化）模型结构被重建。由此，致动器电压被确定为期望量（步骤2）。对应值同样能够被存储在控制设备中。

然后，将当前测量的致动器电压（实际值）与从模型结构导出的存储致动器电压相比较（期望/实际比较）（见步骤3），并为了动态控制喷嘴针阀行程的进度的目的，在步骤4中最小化这两个量之间的差值。

利用上述方法非常有助于喷射过程的稳健表现并提高喷射量的质量。借助于精确确定的针阀运动，能够构造扩展的控制结构并显著提高控制性能的质量。

图2示出上述方法的框图。借助于在6处指示的简化模型以及在5处指示的在喷射阀上测量的致动器电压，得到模型压电致动器电压 ^-y(t)和测量压电致动器电压y(t)。这两个电压在7处彼此相比较，并且计算电压差Δy = y - ^-y。根据差动电压，对应的内部状态变量被确定，比如压电运动和针阀运动、惯性力、速度，如在9处所示。对这些值进行优化策略（步骤8），并且然后输入到该系统中以用于最小化电压差的目的。喷嘴针阀行程的进度能够以这种方式被精确地控制。

Claims (5)

1.一种用于操作喷射阀的方法，所述喷射阀的喷嘴针阀通过压电致动器被驱动，其特征在于，由以下步骤确定并控制喷嘴针阀行程的动态进度：

在喷射过程期间连续捕捉致动器电流和致动器负载和致动器电压中的至少一个的实际量；

基于针对所述喷射阀的所述喷嘴针阀的运动的简化模型结构，重建所述喷射阀的所述喷嘴针阀行程的动态进度，以及由此确定致动器电流或致动器负载或致动器电压的期望量，其中，所述喷嘴针阀行程的所述动态进度通过将关于个别喷射阀的至少一个离散测量值引入至所述简化模型结构的所述喷嘴针阀运动的基础模型中被重建，

其中所述喷嘴针阀的打开时间和闭合时间中的至少一个被用作离散测量值；以及

比较所述期望量和所述实际量，并最小化这两个量之间的差值。

2.如在权利要求1中所述的方法，其特征在于，对于所述致动器/针阀行程和/或作用在所述致动器上的力的内部状态变量通过所述模型结构被确定。

3.如在权利要求2中所述的方法，其特征在于，致动器速度和/或致动器行程被确定为内部状态变量。

4.如在权利要求1至3中的任一项中所述的方法，其特征在于，最小化所述期望量和实际量之间的差值通过优化算法进行。

5.如在权利要求1至3中的任一项中所述的方法，其特征在于，该方法被用于操作带有通过所述压电致动器直接驱动的喷嘴针阀的喷射阀。