CN106460700A - 用于确定燃料喷射器的关闭时刻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定具有压电致动器和阀针的燃料喷射器的关闭时刻(tS)的方法，其中，为了关闭燃料喷射器的阀针，压电致动器的放电被实施；其中，一个表征压电致动器(110)的膨胀的参量(U)在压电致动器处被探测；其中，在放电结束之前，该放电被中断一个时间间隔(∆t)；和其中，由在时间间隔(∆t)期间第一参量(U)的曲线确定关闭时刻(tS)。
Description
本发明涉及一种用于确定具有压电致动器和阀针的燃料喷射器的关闭时刻的方法。
现有技术
燃料喷射器被用于将燃料喷射到内燃机中。压电燃料喷射器由一个阀元件组成，其借助于阀针被关闭。压电致动器用于控制阀针。通过施加电压到压电致动器上，压电致动器被充电并且由此使阀针打开。如果压电致动器被放电，则阀针又关闭。
压电致动器的纵向膨胀影响在致动器电压和充电之间的关系。这个关系可以如此简化地描述，即，在给定的电压下，随着增大的纵向膨胀，压电致动器接收增大的充电。由此得出，压电致动器的膨胀速度或者在恒定的电压下影响致动器电流或者在恒定的致动器电流下影响电压的梯度。在理论上由此可以由在每个时刻的压电致动器的电压和充电计算出压电致动器的瞬时的升程以及瞬时的力。
但是在实际中产生明显的限制。对压电致动器的正确的模拟包含非线性的磁滞模型并且压电致动器具有分散的范例特性，尤其是也关于这些磁滞特性。此外电流和电压的信号由于寄生效应始终被干扰信号叠加，其可以导致在计算升程中的误差。
在实际中因此有利的是，要局限于检测在致动器运动曲线中的重要的点，尤其是突然的速度改变。如果压电致动器被用于直接地操作燃料喷射器的喷嘴阀针，那么如此检测的时刻可以推断出在喷射曲线中的特征性时刻，例如喷射结束或者说达到升程止挡的关闭时刻，或喷射开始或者说打开时刻。
为了可靠的检测，此外有利的是，两个电参量，即电流和/或电压，中的至少一个在检测时间段期间保持恒定。
如果保持致动器电流恒定，那么在电压的梯度和膨胀速度之间存在最大程度上线性的关系，其中，传输因子在这种情况下是负的并且在电压的梯度上被叠加一个取决于恒定的致动器电流的偏置量。因此在这种情况下膨胀速度的突然的改变反映出电压的梯度的快速改变，即例如电压时间曲线的快速的弯折。
这种方法可以用于识别升程止挡时刻，因为阀针的打开通过对压电致动器的充电被触发，升程止挡通常在接着充电过程之后达到并且致动器电流在充电过程结束之后反正恒定地位于零值。在阀针还在打开期间，压电致动器也继续膨胀和致动器电压下降。一旦阀针达到升程止挡，电压下降也结束并且电压或者保持恒定或者甚至又稍微升高，只要阀针碰撞在升程止挡上。
如果致动器电压保持恒定，那么在致动器电流和压电致动器的膨胀速度之间在最大程度上存在一种比例性。因此在这种情况下膨胀速度的突然的改变反映致动器电流的快速的改变。在具有直接的阀针控制机构的燃料喷射器中，这种方法可以用于确定阀针的关闭时刻，因为阀针的关闭通过压电致动器的主动的放电被触发并且这个关闭时刻因此跟随放电过程。只要阀针关闭，致动器也具有负的速度并且流动一个负的致动器电流。如果阀针达到阀座和在那里被制动，那么致动器的膨胀速度也返回到零并且负的致动器电流崩溃。在致动器电流中的这个重要的特征可以被检测和所属的时刻可以被用作关闭时刻的值。
但是，如果阀针如此快速地关闭，即关闭时刻还位于放电过程结束之前，那么阀针的关闭时刻的可靠的识别不起作用。在放电期间尽管理论上致动器电流恒定地预先设定，但是在使用非常高频地时钟脉冲控制的末端级下它被调节到这个预定值上。由此不仅致动器电压信号而且电流信号包含值得一提的、非常高频的分量以及高比例的寄生的干扰分量，它们阻碍从致动器电压中有意义地检测出关闭时刻(尽管其在理论上一定是可能的)。
由DE102011075733A1已知一种用于运行喷射阀的方法，其中，关闭时刻的识别被改善，其方式是将干扰信号从被探测的信号中消除。
因此值得期望的是，给出一种可能性，当关闭时刻位于压电致动器的放电过程的结束之前时也能够实现压电燃料喷射器的阀针的关闭时刻的可靠的确定。
本发明的公开
按照本发明建议一种具有权利要求1的特征的用于确定燃料喷射器的关闭时刻的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及下面的说明书的内容。
本发明的优点
按照本发明的方法适合用于确定具有压电致动器和阀针的燃料喷射器的关闭时刻。在此，为了关闭燃料喷射器的阀针，压电致动器的放电被实施和在此表征压电致动器的膨胀（伸展）的参量在压电致动器处被探测。在放电结束之前，该放电被中断一个时间间隔并且在此由表征压电致动器的膨胀的参量的（变化）曲线在时间间隔期间确定关闭时刻。
以这种方式提供一种可能性，当关闭时刻位于放电过程的结束之前时也可靠地识别在具有压电致动器的燃料喷射器中的阀针的关闭时刻，因为对被探测的参量的可能的干扰影响通过中断压电致动器的放电过程被避免或者至少在非常大的程度上被减小。
此外用于这种燃料喷射器的设计可能性被扩展，因为不必再注意，关闭时刻如此远地位于放电过程的结束之后，即实现按照现有技术的可靠的识别。另一个优点是，为了实施按照本发明的方法不需要附加的资源，尤其是在功率电子装置中，例如在控制器中，通过该控制器燃料喷射器被控制，因为仅仅实施一种改变的控制特性。此外甚至可以通过控制的末端级回收比在按照现有技术的方法中更多的能量，由此部件的负载被减小。
最好为压电致动器的电流，尤其是放电电流，在时间间隔期间预先设定一个恒定的值，尤其是零。如果致动器电流保持恒定，那么在电压的梯度和致动器的膨胀速度之间存在一个在最大程度上线性的关系。在时间间隔期间具有零值的恒定的致动器电流可以以简单的方式实现，因为这个状态例如可以通过封锁控制器末端级的全部功率电子开关来建立。
有利地，表征压电致动器的膨胀的参量，其在压电致动器处被探测，是电参量。
有利地，表征压电致动器的膨胀的参量，其在压电致动器处被探测，是电压并且尤其地关闭时刻由在电压的曲线中的特征性特征确定。膨胀速度的突然的改变因此反映电压的梯度的快速的改变，即例如电压时间曲线的快速的弯折。
有利的是，当在一个预先设定的持续时间之后和/或当表征压电致动器的膨胀的参量达到一个阈值时，放电被中断。以这种方式可以保证，放电不被过早地中断，也就是说，当阀针还过宽地打开时，和由此被不必要地中断。合适的持续时间和/或阈值在此情况下例如可以通过计算、模拟和/或试验运行进行确定。
最好依据在燃料喷射器中施加的燃料压力预先设定或改变阈值。这实现依据在燃料喷射器中施加的压力对放电的尤其是在时间上更有针对性的中断，因为关闭过程，尤其是它的速度取决于压力。
有利地，在放电结束之前将放电中断至少另一个时间间隔。由此放电过程整体上被多次地中断，由此用于相应的中断的各个时间间隔可以更短地中断。
有利的是，燃料喷射器被设置用于将燃料从高压蓄能器喷射到内燃机中。如已经在开头解释的，尤其是在具有高压蓄能器，即所谓的共轨系统，的内燃机中，尽可能精确地识别关闭时刻和由此识别喷射结束是值得期待的。由此例如可以优化内燃机的功率和减少有害物质的排放。
一种按照本发明的计算单元，例如机动车的控制器，尤其以编程技术的方式，被设置用于实施按照本发明的方法。
该方法以软件的形式的实施也是有利的，因为这产生特别少的费用，尤其是当执行的控制器还被用于另外的任务并且因此反正是存在的时候。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM，CD-ROM，DVD，等等。通过计算机网络（互联网，内联网等等）下载程序也是可能的。
本发明的其它的优点和设计方案由说明书和附图得到。
显然，上述的和以下还要解释的特征不仅可以在相应给出的组合中使用，而且可以在其它的组合中或单独地使用，而不偏离本发明的范围。
本发明借助于实施例在附图中示意地示出并且在以下在参照附图下进行详细描述。
附图简述
图1示意地示出可借助于按照本发明的方法在一个优选的实施方式中运行的压电燃料喷射器。
图2示出按照现有技术的压电燃料喷射器的放电过程。
图3示出按照现有技术的压电燃料喷射器的充电过程。
图4示出按照一种按照本发明的方法在一个优选的实施方式中的压电燃料喷射器的放电过程。
本发明的实施方式
在图1中示出由压电燃料喷射器构成的燃料喷射器100的示意图，如其由现有技术中已知的并且也在开头提到的。压电燃料喷射器100包括压电致动器110，它由构造成控制器的计算单元200控制。为此控制器200具有相应的机构例如末端级（输出级）。
压电致动器110控制具有阀针130的阀元件120。在压电致动器110和阀元件120之间的耦联通过附图标记215描述。该耦联215在此情况下是直接地实施的，也就是说，没有所谓的伺服阀。压电致动器110和具有阀针130的阀元件120在此情况下是压电燃料喷射器100的组成部分。如果通过控制器200电流I被供给到压电致动器110中，那么电压U建立起来并且压电致动器110的长度被改变，也就是说压电致动器110膨胀（伸展）。通过运动的压电致动器110使阀针130也运动并且在此被打开。如果控制器200又变成闲置，也就是说，将电流I=0A施加到压电致动器110中，那么压电致动器110维持一个恒定的充电。只有在主动的供给负的电流，也就是说放电电流时，压电致动器110才被放电和阀针130被关闭。
在图2中示出一个曲线图，其中，在单位为µs的时间t上示出在充电和放电过程中的压电致动器的单位为V的电压U和单位为A的电流I的曲线，如其由现有技术中已知的并且在开头已经提到的。通过控制器末端级的时钟脉冲控制，实施电流调节，由此产生电流曲线的锯齿形形状。
在示出的示例中，放电过程(负的电流I)在时间为约t=180µs处开始并且与充电过程(正的电流I)相接，该充电过程在此处不做解释。对于充电过程参见图3。
电流I，在此处是放电电流，具有平均-9A的值。电压U从140V的值开始下降，而压电致动器缩短，也就是说具有负的膨胀速度。在时刻t=260µs处压电致动器通过在控制器中的末端级被短路，电流I在随后具有大约-8.5A的恒定的值。在时刻ts处，压电致动器的膨胀速度突然地下降，这可以在电流I的曲线中的特征性特征Ms处看到，即电流曲线的一个拐点或者说突然改变的斜率。
在具有直接的阀针控制机构的压电燃料喷射器100中，可以以这种方式确定阀针130的关闭时刻ts，因为阀针130的关闭通过压电致动器110的主动的放电被触发和关闭时刻ts因此跟随放电过程。只要阀针130关闭，压电致动器110也具有负的膨胀速度和流动一个负的电流I。如果阀针130达到阀座和在那里被制动，那么压电致动器110的膨胀速度也下降到零和负的电流I崩溃。在电流I的曲线中的该显著的特征Ms可以被检测并且所属的时刻可以被用作关闭时刻ts的值。
但是在此要说明的是，如也已经在开头提到的，这个方法仅仅当关闭时刻ts位于放电过程结束之后才足够好地起作用。
在图3中示出一个曲线图，其中，在单位为µs的时间t上示出在充电过程中的压电致动器的单位为V的电压U和单位为A的电流I的曲线，如其由现有技术中已知的并且在开头已经解释的。
压电致动器通过大约9A的值的电流I，在此处是充电电流，在t=0µs处开始地被充电。在充电期间电流I平均地连续地减小。这个曲线在恒定的规定额定值下基于时钟脉冲控制的末端级的恒定的断开延迟时间产生。在断开时的电流梯度越陡，在额定值上的过调量就越高。但是原则上也可以将电流额定值连续上升地或下降地预先设定。电压U从0V开始上升，而压电致动器膨胀。在时刻t=300µs处在控制器中的末端级被去激活，电流I因此达到恒定的0A的值和电压U首先下降，因为压电致动器110还在继续膨胀。在时刻t0压电致动器的膨胀速度突然下降，这可以在电压U的曲线中的特征性特征M0处看见，即一个最小值。
以这种方式可以识别在具有直接的阀针控制机构的压电燃料喷射器100中的升程止挡时刻t0，因为阀针130的打开通过压电致动器110的充电被触发，升程止挡在接着充电过程之后达到和电流I在充电过程结束之后恒定地位于0A。在阀针130还打开期间，压电致动器110也继续膨胀和电压U下降。一旦阀针130达到升程止挡，电压的下降也结束和电压U或者保持恒定或者甚至稍微升高，只要阀针130碰撞在升程止挡上，如在图3中可以看见的。
在图4中示出一个曲线图，其中，在单位为µs的时间t上示出在按照本发明的方法的在一个优选的实施方式中的放电过程中压电致动器的单位为V的电压U和单位为A的电流I的曲线。
放电过程也如由现有技术中已知的那样开始。因此电流I和电压U的曲线在放电过程开始时自t=20μs起对应于在图2中的曲线，在那里自t=170μs起。但是一旦电压U已经达到阈值Um，电流I就被置于0A的值上。0A的值被维持一个时间间隔△t。备选地或附加地，也可以考虑一个预先设定的持续时间，它自放电过程的开始起过去，在该时间间隔之后放电过程被中断。
阈值Um或预先设定的持续时间在此可以如此地选择，即放电过程几乎完全地结束或阀针几乎完全地被关闭。相应的值例如可以通过测试运行确定或也可以由数学模型或由模拟被计算出来。
在时间间隔△t期间因此压电致动器110的运动在保持恒定的充电下仅仅对电压U产生影响。首先压电致动器110还在缩短，这可以在升高的电压U上看出。但是一旦阀针130关闭压电燃料喷射器，压电致动器110的膨胀速度实际地突然下降。因此电压U也改变它的曲线，它也下降或者至少不继续升高。在电压的曲线中的这个特征性特征Ms，即一个最大值，因此显示了压电燃料喷射器100的阀针130的关闭时刻ts。
在时间间隔△t过去之后，压电致动器110的放电过程被继续和被结束。以这种方式现在即使阀针130的关闭时刻ts在时间上位于放电过程的结束之前，该关闭时刻也可以被识别。
Claims (13)
1.用于确定具有压电致动器(110)和阀针(130)的燃料喷射器(100)的关闭时刻(ts)的方法，
其中，为了关闭燃料喷射器(100)的阀针(130)，实施对压电致动器(110)的放电；
其中，在压电致动器(110)处探测表征压电致动器(110)的膨胀的参量(U)；
其中，在所述放电结束之前，将所述放电中断一个时间间隔(∆t)；和
其中，由在所述时间间隔(∆t)期间表征压电致动器(110)的膨胀的参量(U)的曲线确定关闭时刻(ts)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，预先设定一个恒定的值，用于在所述时间间隔(∆t)期间压电致动器(110)的放电电流(I)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，放电电流(I)的所述恒定的值在所述时间间隔(∆t)期间等于零。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，表征压电致动器(110)的膨胀的参量(U)包括电压(U)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由在表征压电致动器(110)的膨胀的参量(U)的曲线中的特征性特征(Ms)确定关闭时刻(ts)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述特征性特征(Ms)包括最大值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述放电在一个预先设定的持续时间之后和/或当表征压电致动器(110)的膨胀的参量(U)达到一个阈值(Um)时，被中断。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述阈值依据在燃料喷射器(100)中施加的燃料压力被预先设定或改变。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述放电结束之前，所述放电被中断至少另一个时间间隔。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，燃料喷射器(100)被设置用于将燃料从高压蓄能器喷射到内燃机中。
11.计算单元(200)，其被设置用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.计算机程序，当所述计算机程序在计算单元(200)上被执行时，所述计算机程序促使计算单元(200)实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
13.可机读的存储介质，其具有储存在其上的、根据权利要求12所述的计算机程序。
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