用于求取直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針上的力比例的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于求取作用于直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針的力的方法，其中借助于充電過程在驅動所述噴嘴閥針的壓電致動器上形成電壓。在充電過程結束之后，重復地測量加載在所述壓電致動器上的電壓。從彼此先后相隨的電壓值中求得電壓梯度。從所述電壓梯度中推斷出作用于所述噴嘴閥針的力。
【專利說明】用于求取直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針上的力比例的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于求取直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針上的力比例的方法。
【背景技術】
[0002]新一代的燃料噴射系統通常根據共軌原理來工作并且經常包括以壓電的方式來運行的噴射器。在此，在相應的內燃機的每個燃燒室上設置了一個或者多個這樣的壓電噴射器，所述壓電噴射器可以有針對性地打開并且關閉。在噴射器打開時，燃料到達燃燒室的內部并且在那里燃燒。不僅從燃燒技術的觀點看、從排氣技術的觀點看而且出于舒適性原因，都需要盡可能精確地確定相應所噴入的燃料量。
[0003]從WO 2009/010374 Al中已經公開了用于生成用于燃料噴射器的噴射脈沖的電的控制信號的一種方法和一種裝置。這種電的控制信號操縱壓電的致動器，用于將預先給定的燃料量噴射到內燃機的氣缸中。借助于所述電的控制信號的曲線變化，尤其根據軌壓、所述燃料噴射器的升程位移和/或張開持續(xù)時間來調整所述燃料噴射器的噴射速率。對于至少一種有待噴射的部分燃料量來說，所述電的控制信號的曲線關于至少一種脈沖邊沿和/或一種幅度能夠自由地成型。所述噴射脈沖的成型如此構成，從而在不取決于所述電的控制信號的曲線的情況下將預先給定的有待噴入的燃料量保持恒定。
[0004]在進行燃料的速率曲線成型時，重要的是，以窄小的公差來遵守由所述內燃機為形成混合氣而要求的噴射量，用于以所期望的方式來影響相應的機動車的有害物質排放和燃料消耗。
[0005]在速率曲線成型時，一個重要的觀點是所謂的部分升程運行。在此將所述噴嘴閥針保持在噴嘴座(噴射閥關閉)與最終升程位置(噴射閥最大程度打開)之間的中間位置中，用于影響流經噴嘴的燃料流量并且由此影響混合氣形成。
[0006]在實際上有一個問題在于，精確地設定并且達到所提到的部分升程，從而作為流經所述噴嘴的取決于噴嘴閥針升程的燃料流量的積分可以保證由所述內燃機所要求的噴射量。這種問題建立在以下情況的基礎上，即在部分升程運行中所述噴射器的構件公差以及不同的環(huán)境條件(壓力、溫度)在內燃機中的噴射器運行時由于所述噴嘴的關于閥針升程繪出的流量特性曲線的陡度而逐漸比在所述噴射器的全升程運行時的情況更為強烈地產生影響。
[0007]在內燃機中，主要對內燃機上的速率曲線成型的優(yōu)點及其對廢氣排放的影響進行研究，在所述內燃機中借助于外部的傳感器對缸壓、不同的溫度進行監(jiān)控并且也部分地對閥針升程進行監(jiān)控。這樣的傳感器的使用成本巨大并且因此出于成本原因不應該在機動車上進行。

【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的任務是，說明一種用于求取作用于直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針的力的方法。
[0009]該任務通過一種具有在權利要求1中所說明的特征的方法得到解決。本發(fā)明的有利的設計方案和改進方案在從屬權利要求中得到說明。
[0010]按照本發(fā)明，提供一種用于求取作用于直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針的力的方法，其中在打開過程中并且在部分升程運行中借助于充電過程在驅動所述噴嘴閥針的壓電致動器上形成電壓，并且其中在充電過程結束之后重復地測量加載在所述壓電致動器上的電壓，從彼此先后相隨的電壓測量值中求得電壓梯度，并且從所述電壓梯度中推斷出作用于所述噴嘴閥針的力。
[0011]所求得的關于作用于噴嘴閥針的力的信息可以以有利的方式用于推斷出所述噴嘴閥針的升程。對所述噴嘴閥針的升程的了解又允許求得流經所述壓電噴射器的燃料流量。最后可以從所述燃料流量中通過求積分來求得所噴入的燃料量。這又允許精確地設定部分升程運行，用于在工作循環(huán)結束時作為流經所述噴嘴的取決于噴嘴閥針升程的燃料量的積分來保證由所述內燃機所要求的噴射量，盡管在這種運行模式中所述噴射器中的構件公差以及不同的環(huán)境條件在所述內燃機中的噴射器運行時由于所述噴嘴的關于閥針升程繪出的流量特性曲線的陡度逐漸比在全升程運行時更為強烈地產生影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明的其它有利的特性從下面借助于附圖對其作的解釋中獲得。附圖示出如下:
圖1是用于對壓電噴射器的構造進行解釋的草圖，其中可以使用按本發(fā)明的方法；并
且
圖2是用于對加載在壓電致動器上的電壓、加載在壓電致動器上的力、所產生的閥針升程與從中產生的噴射速率之間的關聯進行解釋的圖表。
【具體實施方式】
[0013]圖1示出了用于對壓電噴射器的構造進行解釋的草圖，其中可以使用按本發(fā)明的方法。所示出的壓電噴射器具有壓電致動器1、頂銷2、杠桿殼體3、鐘形罩4、杠桿5、中間墊片6、噴嘴閥針彈簧7、噴嘴閥針8以及噴嘴本體9。
[0014]所述壓電致動器I包括大量單個的較薄的層，這些層在加載電壓時膨脹，也就是說它們將所加載的電壓轉換為機械的功或者說能量。反之，對于所述壓電致動器的機械的影響則引起可以測量的電的信號。壓電致動器的能夠達到的膨脹程度取決于一些參數，其標稱的長度、其層的數目、所進行的極化的質量以及其有效的表面的相對于其總表面的比例屬于所述參數。如果給壓電致動器充電，那么它就在相應的噴射的持續(xù)時間里保持其所達到的膨脹程度。
[0015]在圖1中示出的實施例是一種壓電噴射器，對于該壓電噴射器來說所述噴嘴閥針8直接通過所述壓電致動器I來驅動。為此目的，所述壓電致動器I通過所述頂銷2、鐘形罩4和杠桿5直接與所述噴嘴閥針8相連接，所述頂銷2、鐘形罩4和杠桿5是剛性的形狀配合地得到導引的耦合元件。通過所述噴嘴閥針的與所述壓電致動器的這種直接的連接能夠反作用地將力從閥針運動輸入到所述壓電致動器上，這種反作用的力的輸入能夠在電容曲線中看得出來。每次進入到所述壓電致動器中的力的輸入都表現在所測量的電容的變化中。
[0016]所述噴嘴本體9根據溫度來膨脹。所述噴嘴閥針彈簧7的用途在于，將所述噴嘴閥針8保持在其配合座中。所述噴嘴本體9的所提到的沿著其縱軸線的膨脹，所謂的噴嘴延長影響著最大的閥針升程。在未繪出的軌中存在的軌壓引起所述噴嘴本體的延長以及所述噴嘴閥針的縮徑。
[0017]在閥針打開過程中，通過向所述壓電致動器I通電的方式來向其充電。在克服空升程之后，所述壓電致動器I的膨脹通過所述頂銷2傳遞到所述鐘形罩4上，其中所述頂銷2被導引在所述杠桿殼體3中。所述鐘形罩4在兩側對稱地朝形成杠桿對的杠桿5擠壓。這些杠桿根據等臂桿的方式在所述中間墊片6的上面滾動。這兩根杠桿的相應的作用點處于所述噴嘴閥針8的刻槽中。
[0018]通過前面所描述的機構來將所述壓電致動器I的軸向的壓力傳遞到所述噴嘴閥針8上。一旦杠桿力大于由彈力和液壓的力構成的總和并且所述噴嘴本體9的彈性不再用于使針座隨著所述噴嘴閥針后行(Nachwei Ien)，就將所述噴嘴閥針從其針座中提起來。
[0019]在所定義的行程之后，閥針止擋碰到所述中間墊片。在此形成一種接觸力，該接觸力反作用于所述壓電致動器I。
[0020]利用這樣的壓電致動器1，可以將所述噴嘴閥針8僅僅部分地從其針座中提起來并且將其保持在所謂的部分升程中。噴嘴閥針與噴嘴本體之間的得到釋放的通流橫截面在此小于所有噴嘴孔的橫截面的總和。
[0021]圖2示出了用于對加載在壓電致動器上的電壓、加載在壓電致動器上的力、所產生的閥針升程與從中產生的噴射速率之間的關聯進行解釋的圖表。在該實施例中認為，在所述軌中存在著IOOObar的壓力并且所述壓電噴射器在部分升程運行中工作，其中從所述軌中對所述壓電噴射器進行燃料供給。
[0022]在圖2a中根據時間t示出了在部分升程運行的過程中加載在所述壓電噴射器上的電壓U的曲線，并且更確切地說這是用于多個不同的加載在所述壓電噴射器上的電壓的曲線。接下來的研究涉及在圖2a中示出的電壓Ul和U2。
[0023]從圖2a中可以看出，在時刻t0=0時開始對于所述壓電噴射器的充電。在充電過程的范圍內，加載在所述壓電致動器上的電壓Ul —直上升到最大值Ml。在這個時刻結束所述充電過程。在達到最大值Ml之后，電壓值Ul重又下降，達到一個恒定的電壓值并且一直留在該電壓值上直至時刻t2。自時刻t2起，主動地給所述壓電致動器放電。因此加載在所述壓電致動器上的電壓重又下降到0V。
[0024]如果在充電過程的范圍內電壓U2加載在所述壓電致動器上，那么自時刻t0=0起在所述壓電致動器上電壓就一直上升到最大值M2，該最大值M2小于所述最大值Ml。在達到最大值M2之后，所述電壓U2的電壓值留在同一個電壓值上，該電壓值相當于最大值M2。
[0025]在本發(fā)明中，使用加載在所述壓電致動器上的電壓的在圖2a中示出的曲線，用于推斷出加載在所述壓電致動器上的力。
[0026]為此目的，在充電過程結束之后，也就是在達到最大值Ml或者說M2時進行電壓測量。從所測量的緊隨此后的電壓值中求得電壓梯度(參見圖2a中的Gl和G2)。從這個電壓梯度中推斷出在所述噴嘴閥針的上面起作用的力。為此，借助于所提到的電壓梯度來給事先所保存的數據庫定址，在所述數據庫中為大量的電壓梯度的給定的燃料壓力分別分配了一個力值。
[0027]在圖2b中關于時間t繪出了在部分升程運行的過程中作用于所述電壓致動器的力的曲線，并且更確切地說這又是用于多個不同的加載在所述壓電噴射器上的電壓的曲線。在圖2b中示出的力的曲線Kl被分配給在圖2a中示出的電壓曲線U1。在圖2b中示出的力的曲線K2被分配給在圖2a中示出的電壓曲線U2?？梢钥闯?，所述力的曲線Kl反映出電壓曲線Ul并且所述力的曲線K2反映出電壓曲線U2。因此不僅對于Ul來說而且對于U2來說在達到相應的最大值之后相應地出現幅度值的明顯的下降，因而從彼此先后相隨的電壓值或者說力值中推導出來的梯度比較大。而對于U2并且也對于K2來說，所述電壓的或者力的彼此先后相隨的數值可能稍許有別于彼此，因而所述梯度大約具有數值I。
[0028]在事先所保存的數據庫中，現在保存了數據記錄，所述數據記錄為大量的電壓梯度的預先給定的壓力值分別分配了一個力值。因此，借助于所求得的電壓梯度，可以給這個數據庫定址，用于求得相應所屬的力值。
[0029]所求得的力值優(yōu)選就其而言用于給另一個事先所保存的數據庫定址。在這另一個數據庫中，對于預先給定的軌壓值來說又為大量的力值分別分配了一個用于閥針升程的數值。
[0030]這一點借助于圖2c來顯示出來，在圖2c中關于時間t繪出了所述噴嘴閥針的升程。所述升程的與力Kl相對應的曲線用Hl來表示，所述升程的與力K2相對應的曲線用H2來表示。從圖2b和2c的比較中可以看出，如在所述曲線Kl中出現的一樣的更大的力的梯度引起更大的升程，而如在曲線K2中出現的一樣的較小的力的梯度則如在圖2c中通過曲線H2來顯示的一樣僅僅引起較小的閥針升程或者根本沒有引起閥針升程。
[0031]關于力-升程配對(Paar Kraft-Nadelhub)也設置了數據庫,在該數據庫中對于軌壓的預先給定的數值來說為大量的力值分別分配了一個升程值。這個數據庫因此可以借助于所述力值來定址，用于求得所屬的升程值。
[0032]從這個升程值中又可以推斷出所屬的燃料流量或者說所屬的燃料通流速率。因此在圖2d中示出了多條燃料通流速率曲線，在這些燃料通流速率曲線中，其中一條用附圖標記Rl來表示并且另一條用附圖標記R2來表示。所述曲線Rl被分配給在圖2c中示出的曲線H1，所述曲線R2則被分配給在圖2C中示出的曲線H2?？梢钥闯鰜?，較大的閥針升程也引起較大的通流速率。
[0033]在事先所保存的數據庫中又進行閥針升程與通流速率之間的這種分配，在所述數據庫中為所述軌壓的預先給定的數值保存了大量的升程值以及相應所屬的通流速率數值。借助于所述軌壓值，可以給所提到的數據庫定址，用于求得相應所屬的通流速率數值。
[0034]最后可以從所述通流速率數值中通過求積分來推斷出相應所噴入的燃料量。根據這些用于所噴入的燃料量的數值，而后可以對所述部分升程運行進行調整，通過所述調整來保證，始終噴射相應所期望的燃料量。這又具有這樣的優(yōu)點，即可以在完整的負荷范圍/轉速范圍中使用所提到的部分升程操控及其在排放技術方面的優(yōu)點。
【權利要求】
1.用于求取作用于直接被驅動的壓電噴射器的噴嘴閥針的力的方法，其中借助于充電過程在驅動所述噴嘴閥針的壓電致動器上形成電壓，其特征在于， -在充電過程結束之后重復地測量加載在所述壓電致動器上的電壓； -從彼此先后相隨的電壓值中求得電壓梯度；并且 -從所述電壓梯度中推斷出作用于所述噴嘴閥針的力。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于，在使用所求得的電壓梯度的情況下給一數據庫定址，在該數據庫中為大量的電壓梯度分別分配了一個力值。
3.按前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，從所求得的力值中推斷出所述噴嘴閥針的升程。
4.按權利要求3所述的方法，其特征在于，在使用所求得的力值的情況下給一數據庫定址，在該數據庫中為大量的力值分別分配了一個升程值。
5.按權利要求3或4所述的方法，其特征在于，從所述噴嘴閥針的升程中推斷出燃料流量。
6.按權利要求5所述的方法，其特征在于，在使用所求得的升程值的情況下給一數據庫定址，在該數據庫中為大量的升程值分別分配一個燃料流量值。
7.按權利要求6所述的方法，其特征在于，從所述燃料流量值中推斷出所噴入的燃料量。
8.按權利要求7所述的方法，其特征在于，通過對所述燃料流量值求積分的方法來推斷出所噴入的燃料量。
【文檔編號】F02D41/20GK103429877SQ201280014597
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月8日 優(yōu)先權日:2011年3月23日
【發(fā)明者】M.卡岑貝格爾, R.霍夫曼, S.魯舍因斯基 申請人:大陸汽車有限公司