用于探測噴射器中的噴嘴室壓力的方法和噴射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于探測噴射器(1)中的噴嘴室壓力(10)的方法，該噴射器包括用于打開和關(guān)閉噴孔(4)的封閉元件(5)，至少一個直接操作該封閉元件(5)的致動器(7)和至少一個用于測量與噴嘴室壓力(10)相關(guān)的封閉元件(5)的狀態(tài)(16)的傳感器(7)，其中，借助于傳感器(7)探測至少一個與該狀態(tài)相關(guān)的測量參數(shù)的至少一個測量值(13，23)和其中，確定該測量值(13，23)與一個預(yù)先給定的值(28)的偏差。本發(fā)明此外涉及一種用于實施該方法的噴射系統(tǒng)(100)。
【專利說明】用于探測噴射器中的噴嘴室壓力的方法和噴射系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及一種用于探測噴射器中的噴嘴室壓力的方法以及一種用于實施該方法的噴射系統(tǒng)。
[0002]用于將燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室中的噴射系統(tǒng)很久以來是為人所知的。這種噴射系統(tǒng)包括至少一個噴射器和至少一個與噴射器連接的、用于控制噴射過程的控制和調(diào)節(jié)單元。噴射器在此包括噴嘴室，燃料從噴嘴室出來通過噴孔可以噴射到燃燒室中。噴孔的打開和關(guān)閉借助于封閉元件來進行，封閉元件由致動器操作，也就是說，可以被移動。噴嘴室借助于高壓泵經(jīng)由高壓蓄壓器和燃料管路被供給燃料。
[0003]現(xiàn)代的噴射系統(tǒng)的目標(biāo)在于保證盡可能低排放、低消耗和經(jīng)濟的運行以及在燃燒中的高效率?；旌衔锏男纬珊腿紵艿絿娚渌俾实臅r間曲線的決定性的影響。為了機器的最佳的運行，必須盡可能精確地控制噴射量，噴射持續(xù)時間和噴射時間點。
[0004]但是這種精確的控制受到一系列的干擾參數(shù)的影響。舉例而言可以例舉的是噴射器處的燃料初始壓力，它可以經(jīng)受到極大的波動。這種波動例如通過在高壓蓄壓器中的壓力波動和通過噴射過程本身產(chǎn)生并且對噴射量的控制具有不利的影響。波動可以在同一個噴射器的一個給定的運行時間間隔中出現(xiàn)，因此在該噴射器中的噴射不均勻地進行。對于具有數(shù)個噴射器的內(nèi)燃機，在不同的噴射器中的波動也可以是各不相同的，這額外地提高了對在不同的噴射器中的噴射量的精確控制的難度。在不同的噴射器之間的這種差異例如可以歸因于燃料管路的不同的布置。但是它們隨著時間的推移也可以通過噴射器中各不同的磨損而形成。為了內(nèi)燃機的最佳運行，因此有必要盡可能精確地表征阻礙對噴射參數(shù)的精確控制的干擾參量。
[0005]因此本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種方法，該方法允許以盡可能大的精度和針對多個噴射器中的每個噴射器盡可能單獨地(個別地)確定阻礙精確控制噴射參數(shù)例如噴射量和噴射速率的時間曲線的干擾參量。此外應(yīng)該開發(fā)一種噴射系統(tǒng)，借此可以實施這種方法。
[0006]該目的通過按照權(quán)利要求1的方法和通過按照權(quán)利要求12的噴射系統(tǒng)來實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中描述。
[0007]描述一種用于探測噴射器中的噴嘴室壓力的方法，該噴射器包括用于打開和關(guān)閉噴孔的封閉元件，至少一個直接地操作封閉元件的致動器和至少一個用于測量取決于噴嘴室壓力的封閉元件狀態(tài)的傳感器，其中，借助于該傳感器探測至少一個取決于該狀態(tài)的測量參數(shù)的至少一個測量值和其中，確定測量值與預(yù)先給定的值的偏差。
[0008]一種噴射系統(tǒng)，它設(shè)置用于實施用于探測在噴射器中的噴嘴室壓力的方法，包括至少一個噴射器，該噴射器具有用于打開和關(guān)閉噴孔的封閉元件，至少一個直接地操作封閉元件的致動器和用于測量取決于噴嘴室壓力的封閉元件的狀態(tài)的至少一個傳感器，以及一種控制和調(diào)節(jié)單元。
[0009]最好涉及一種如在機動車的內(nèi)燃機中使用的噴射系統(tǒng)。但是該方法和噴射系統(tǒng)也可以在任意的內(nèi)燃機中應(yīng)用和使用。封閉元件最好涉及一種噴嘴針閥，它被設(shè)置用于重復(fù)地打開和關(guān)閉噴孔并且因此控制燃料向燃燒室中的噴射。致動器涉及一種使封閉元件運動的元件。由此借助于致動器控制噴射過程。當(dāng)致動器和封閉元件處于直接的機械接觸或者當(dāng)它們經(jīng)由固體件被相互連接時，存在按照本發(fā)明的、對封閉元件的直接控制，從而從致動器施加到封閉元件上的力被傳遞到封閉元件上。這些固體件應(yīng)該在運行期間在最大負(fù)載下改變其高度，寬度或長度改變最大為百分之一，最好最大為千分之一。此時，該力的方向和大小，例如由于通過杠桿的傳遞，可以完全地改變。決定性的是，在致動器和封閉元件之間不存在液壓的或氣壓的耦聯(lián)。最好封閉元件和傳感器按上面描述的意義是直接地耦聯(lián)的。
[0010]借助于本要求權(quán)利的方法和本要求權(quán)利的噴射系統(tǒng)，可以探測直接在噴射室中的噴嘴室壓力的波動，在此它們直接地影響噴射過程。在該波動的精確的認(rèn)識的基礎(chǔ)上，可以這樣地、目的明確地改變噴射量，噴射持續(xù)時間，噴射時間點或其它的對于噴射過程是決定性的參數(shù)，即噴嘴室壓力的波動被補償。
[0011]在本發(fā)明的一個有利的實施方式中，致動器和傳感器由至少一個直接地操作封閉元件的壓電致動器所包括。換言之，致動器和傳感器形成一個形式為壓電執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元。依據(jù)運行模式的情況，壓電致動器可以不僅在致動器運行模式中而且在傳感器運行模式中被運行。通過對壓電致動器加載控制電壓或控制電流，壓電致動器在致動器運行模式中運行。由于逆向的壓電效應(yīng)，它可以改變它的延伸長度并且在致動器運行模式中引起封閉元件的位置的改變?？刂齐妷汉涂刂齐娏骺梢栽跁r間上是恒定的或在時間上是改變的?？刂齐妷旱慕^對量(大小)的典型值為直到lkv，最好直到200V。控制電流的絕對量的典型值為直到20A，最好直到10A。同一個壓電致動器可以在傳感器運行模式中運行，其中由于壓電效應(yīng)，借助于壓電致動器或在壓電致動器處探測的測量參數(shù)的測量值取決于封閉元件的狀態(tài)。壓電致動器可以同時在致動器運行模式中和在傳感器運行模式中運行。但是它也可以分別僅僅在致動器運行模式中或僅僅在傳感器運行模式中運行。因此不需要任何附加的傳感器，因此減少了材料和裝配費用。壓電致動器的長度可以以納米范圍的精度，和以微妙范圍的時間精度，來設(shè)定。借助于一種可比較的(相應(yīng)的)時間精度，可以利用該壓電致動器確定在噴嘴室中的、小于Ibar的壓力差。
[0012]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，測量參數(shù)以下參數(shù)中的一個或多個和/或由以下參數(shù)中的一個或多個導(dǎo)出的參數(shù):
-施加在傳感器上的電壓，
-儲存在傳感器中的和/或已經(jīng)流動到傳感器上的電荷，
-正在通過傳感器流動的和/或已經(jīng)流動到傳感器上的電流，
-傳感器的電容，
-儲存在傳感器中的和/或已經(jīng)流動到傳感器上的或已經(jīng)從傳感器流走的能量。
[0013]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，在傳感器運行模式中運行的壓電致動器的末級(輸出級)被高阻抗地運行以探測測量值。換言之，該末級為了探測測量值沒有被短路，因此它無電流地(在零電流下)被運行。在此，測量值的探測最好在壓電致動器的一種不完全放電的狀態(tài)下進行。這樣，下降在壓電致動器上的電壓被提高并且借助于或者在壓電致動器處實施的測量參數(shù)的測量精度提高。
[0014]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，在壓電致動器或壓電傳感器或另一個傳感器的充電階段期間和/或在壓電致動器的保持階段期間和/或在壓電致動器的放電階段期間和/或在相繼跟隨的噴射過程之間探測所述測量值。在此，充電階段是一個時間間隔，在該時間間隔內(nèi)壓電致動器連續(xù)地增大其長度。相應(yīng)地，放電階段是一個時間間隔，在該時間間隔內(nèi)，壓電致動器連續(xù)地減小其長度。保持階段是一個時間間隔，在該時間間隔內(nèi)，壓電致動器不改變其長度，其中，儲存在壓電致動器中的電荷應(yīng)該具有一個最小值。因此可以特別靈活地使用傳感器或壓電致動器并且可以在一個噴射過程和/或一個活塞循環(huán)的任意的階段期間進行測量。這樣，可以收集到關(guān)于噴嘴室壓力的時間曲線(特性)的盡可能最大
量的信息。
[0015]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，封閉元件的狀態(tài)包括封閉元件的位置和/或封閉元件的速度和/或封閉元件的加速度和/或從封閉元件傳遞到傳感器上的力和/或從封閉元件傳遞到傳感器上的力的隨時間的改變。因此為了探測噴嘴室壓力可以使用封閉元件的這樣的狀態(tài)，該狀態(tài)保證了測量的可能的最大精度或可靠性。
[0016]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，在確定偏差時附加地探測與噴射器相關(guān)聯(lián)的氣缸的活塞的角度位置。附加地也可以探測噴射器的溫度和/或發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和/或由噴射器噴射的噴射量和/或噴射持續(xù)時間和/或每活塞循環(huán)的噴射次數(shù)和/或高壓蓄壓器中的壓力。角度位置確定循環(huán)的活塞運動的階段并且限定活塞在氣缸中的位置。通過盡可能廣泛的獲悉認(rèn)識這些參數(shù)，可以利用噴嘴室壓力與這些參數(shù)的依賴關(guān)系來優(yōu)化噴射過程。
[0017]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，預(yù)先給定的值通過在高壓蓄壓器中探測的和/或通過依賴于發(fā)動機狀態(tài)由控制單元要求的系統(tǒng)壓力給出。為了確定偏差，為此有利地，或者將測量值換算成壓力值或者將系統(tǒng)壓力換算成相應(yīng)的系統(tǒng)測量值，該系統(tǒng)測量值具有與測量值相同的物理維度(量綱)。
[0018]在本發(fā)明的另一個有利的實施方式中，基于測量值與預(yù)先給定的值的偏差對噴射器的控制進行修正。在此，該修正可以包括在一個噴射過程期間噴射持續(xù)時間的和/或噴射時間點的和/或封閉元件的偏移(偏轉(zhuǎn))的和/或封閉元件的偏移(偏轉(zhuǎn))的時間曲線的改變。該修正也可以依賴于與噴射器相關(guān)聯(lián)的氣缸的活塞的角度位置和/或發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或噴射器的溫度和/或通向噴射器的燃料供給的幾何結(jié)構(gòu)(尺寸)和/或噴射器的幾何結(jié)構(gòu)(尺寸)和/或高壓泵的布置和/或高壓泵的泵送率來實施。通過考慮盡可能多的影響噴嘴室壓力和噴射過程的參數(shù)，可以特別高效地優(yōu)化該過程。
[0019]本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在下面的說明中進行詳細(xì)描述。附圖中:
圖1示意地顯示了具有噴射器和具有控制和調(diào)節(jié)單元的噴射系統(tǒng)，
圖2針對圖1的噴射系統(tǒng)顯示了壓電致動器電壓，噴嘴室前的燃料壓力，噴嘴室壓力以及噴射速率的模擬的時間曲線，
圖3與圖2 —樣，但是具有壓電致動器電壓的放大的圖示，
圖4針對圖1的噴射系統(tǒng)顯示了緊接在噴嘴室之前的管路壓力，控制電流和致動器電壓的測量的時間曲線，
圖5顯示了圖4的管路壓力和致動器電壓的一個區(qū)段的放大圖示和 圖6示意地顯示了圖1的噴射系統(tǒng)，其中示意示出了控制和調(diào)節(jié)單元的細(xì)節(jié)。
[0020]圖1顯示了噴射系統(tǒng)100，它具有噴射器I和控制和調(diào)節(jié)單元(開環(huán)和閉環(huán)控制單元)2。噴射系統(tǒng)100例如應(yīng)用在轎車的柴油發(fā)動機中。噴射器I被設(shè)置用于將燃料噴射到內(nèi)燃機的燃燒室中。噴射器I具有大約15cm的長度和例如由陶瓷、金屬和塑料制造。噴射器I包括噴嘴室3，它經(jīng)由在此處沒有示出的燃料管路與高壓蓄壓器連接。在圖1中示出的噴射器I涉及許多噴射器中的一個，這些噴射器在共軌系統(tǒng)中經(jīng)由燃料管路與同一個高壓蓄壓器連接。在噴射器I的下端部處，它具有噴孔4，通過該噴孔，燃料，例如柴油燃料，可以從噴嘴室3被噴射到燃燒室中。
[0021]在噴嘴室3中布置金屬制造的噴嘴針閥5，借此可以打開和關(guān)閉噴孔4。噴嘴針閥5是一種封閉元件。噴孔4是圓的并且具有0.4_的直徑。如果噴嘴針閥5在打開的位置上，在此處它釋放開噴孔4，那么處于高壓下的燃料被從噴嘴室3噴射到燃燒室中。在噴嘴針閥5的關(guān)閉位置上，在此處，噴嘴針閥5關(guān)閉噴孔4，燃料到燃燒室中的噴射被阻止。
[0022]噴嘴針閥5借助于布置在噴嘴室3的上部段中的閉鎖彈簧6和借助于直接地操作噴嘴針閥5的壓電致動器7來控制，該壓電致動器與控制和調(diào)節(jié)單元電連接?？刂坪驼{(diào)節(jié)單元2被設(shè)置用于對壓電致動器7加載控制電壓或控制電流。依賴于通過控制和調(diào)節(jié)單元2的控制，壓電致動器7可以改變它的長度并且將力施加到噴嘴針閥5上，其中，該力可以經(jīng)由在圖1中被遮蔽的銷子，經(jīng)由鐘形件8和經(jīng)由杠桿9傳遞到噴嘴針閥5上。壓電致動器7和噴嘴針閥5經(jīng)由銷子，鐘形件8和杠桿9直接地機械耦聯(lián)。換言之，壓電致動器7與銷子直接接觸，銷子與鐘形件8直接接觸，鐘形件8與杠桿9直接接觸和杠桿9與噴嘴針閥5直接接觸。在此，銷子，鐘形件8和杠桿9各涉及由金屬制造的固體件(實體)。
[0023]因此通過銷子，鐘形件8和杠桿9的中間傳遞，由壓電致動器7施加的力直接地傳遞到噴嘴針閥5上。換言之，壓電致動器7直接操作噴嘴針閥5。反過來，由噴嘴針閥5施加的機械力以相同的方式直接地作用于壓電致動器7上。如果壓電致動器7沒有由控制和調(diào)節(jié)單元2加載控制電壓或控制電流，那么閉鎖彈簧6將噴嘴針閥5在圖1中向下壓，因此嗔嘴針閥抵制在嗔嘴室3中的嗔嘴室壓力10將嗔孔4關(guān)閉(參見圖2)和阻止嗔射。
[0024]由于對壓電致動器7加載控制電壓或控制電流，壓電致動器7被設(shè)置用于通過銷子，鐘形件8和杠桿9將力施加到噴嘴針閥5上，該力反抗由閉鎖彈簧6施加到噴嘴針閥5上的力。換言之，壓電致動器7借助于噴嘴針閥5使噴孔4打開和關(guān)閉。
[0025]以下應(yīng)該說明用于探測在噴射器I中的噴嘴室壓力的方法。噴嘴室壓力主要通過高壓泵產(chǎn)生，高壓泵經(jīng)由高壓蓄壓器和燃料供給管路向噴嘴室3供給燃料。典型地，在噴嘴室中的燃料的壓力在本實施例中為在1500和2500bar之間。在噴嘴室中的燃料的壓力至少為 150bar。
[0026]在此處描述的本發(fā)明的實施方式中，直接地操作噴嘴針閥5的壓電致動器7不僅包括致動器而且包括傳感器，其中壓電致動器7不僅在致動器運行模式中而且在傳感器運行模式中運行。噴嘴室3中的噴嘴室壓力10的波動以力16的相應(yīng)的波動的形式經(jīng)由噴嘴針閥5，杠桿9，鐘形件8和銷子傳遞到壓電致動器7上并且可以由或在壓電致動器7處測量。借助于噴嘴針閥5傳遞到壓電致動器7上的力16或它的改變在此情況下顯示了噴嘴針閥5的一種狀態(tài)，它取決于噴嘴室壓力10。噴嘴針閥5的位置，速度或加速度也分別是噴嘴針閥5的狀態(tài)的例子，這些狀態(tài)取決于噴嘴室壓力10。
[0027]由噴嘴針閥5傳遞到壓電致動器7上的力16和/或其改變通過壓電效應(yīng)感應(yīng)出施加到壓電致動器7上的電壓13 (參見圖2)，該電壓以至少一個測量值的形式描述了由或者在壓電致動器7處可探測的測量參數(shù)。電壓13取決于噴嘴針閥5的狀態(tài)。在壓電致動器7中或其處的、由噴由嘴針閥5傳遞到壓電致動器7上的力16或它的改變同樣影響儲存在壓電致動器中的電荷和/或流動到壓電致動器7上的電荷和/或通過壓電致動器7流動的電流和/或流動到壓電致動器7上的電流和/或壓電致動器7的電容和/或儲存在壓電致動器7中的能量和/或流動到壓電致動器7上的能量和/或從壓電致動器7流出的能量。最后提到的這些參數(shù)也分別涉及借助于或在壓電致動器7處可以以至少一個測量值的形式探測的測量參數(shù)，其分別取決于噴嘴針閥5的狀態(tài)。這些測量參數(shù)的隨時間的改變和/或由這些測量參數(shù)中的一個或多個以數(shù)學(xué)方式推導(dǎo)出的參數(shù)也應(yīng)該是本發(fā)明的意義上的測量參數(shù)。它們也取決于噴嘴針閥5的狀態(tài)。
[0028]在一個備選的實施方式中，致動器例如可以通過磁性的致動器給出。傳感器可以設(shè)計成磁性的傳感器或設(shè)計成耐壓力的傳感器。磁性的致動器例如可以取代壓電致動器7和傳感器可以取代或集成到鐘形件8中來使用。
[0029]圖2顯不了在嗔射器I的嗔嘴室3中的嗔嘴室壓力10 (圖2c))和嗔射速率11 (圖2d))的時間曲線的模擬，燃料以該噴射速率從噴射器I的噴嘴室3通過噴孔4被噴射到燃燒室中。噴嘴室壓力10也稱為彈簧室壓力。時間在橫坐標(biāo)軸14上示出并且在本例中包括7ms的時間間隔。噴嘴室壓力10和噴射速率11的時間曲線通過在此處分別假定為恒定的管路壓力12(圖2b))和通過施加到壓電致動器7上的電壓13(圖2a))來確定。管路壓力12描述燃料供給管路的位于噴射器之前的點上的壓力，噴嘴室3經(jīng)由該燃料供給管路與高壓蓄壓器連接并且被供給燃料。電壓13是控制電壓和傳感器電壓的疊加并且通過許多電壓值的時間序列給出，這些電壓值各描述了可借助于壓電致動器7或在壓電致動器7處探測的測量值。
[0030]在此，控制電壓是這樣的電壓，即壓電致動器7在它作為致動器的性質(zhì)下由控制和調(diào)節(jié)單元2施加的電壓，以便控制噴嘴針閥5的運動并且因此控制噴射速率11。在本例中，電壓13的變化走向決定性地通過控制電壓確定，該控制電壓在第一時間點15在大致
3.2ms處具有約200V的最大值。相反，傳感器電壓是這樣的電壓，該電壓通過壓電效應(yīng)通過由噴嘴針閥5傳遞到壓電致動器7上的力16或它的隨時間的改變(在圖1中表示的)在壓電致動器7中在它作為傳感器的功能下被感應(yīng)出來。
[0031 ] 圖3顯示了與圖2相同的時間曲線，其中，再現(xiàn)的特征被標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。但是在圖3中電壓13的值用放大的比例尺示出。由此可以特別好地識別出由于傳感器電壓波動產(chǎn)生的、具有約5V的振幅17的電壓13的振蕩。為此參見在大致3.8ms處的第二時間點18和在7ms處的第三時間點19之間的時間間隔。在此處描述的方法中以有利的方式特別顯著的、在噴嘴室壓力10和施加到壓電致動器7上的電壓13(并且在此情況下尤其是電壓13上的傳感器電壓分量(比例))的振蕩之間的相互關(guān)系又可以從位于在大致3.8ms處的第二時間點18和在7ms處的第三時間點19之間的時間間隔中獲知。因此例如電壓13的最大值20a和22a與噴嘴室壓力10的最大值20c和22c直接地同時出現(xiàn)(相互一致)。同樣的情況適用于電壓13的最小值21a和噴嘴室壓力10的最小值21c。因此在應(yīng)用本處描述的方法中，可以借助于壓電致動器7以特別高的精度探測出噴嘴室壓力10的振蕩。
[0032]疊加為電壓13的控制電壓和傳感器電壓在評價測量值的過程中例如可以通過以后使用頻率濾波器被分開。換言之，在評價測量值時可以使用頻率濾波器。在此可以涉及的是高通濾波器，低通濾波器或帶通濾波器，因為要用于在此處描述的方法中檢測的、噴嘴室3中的壓力振蕩最好在一個壓力波頻率范圍中出現(xiàn)。這個壓力波頻率范圍可以取決于噴嘴室3的幾何結(jié)構(gòu)(尺寸)，燃料的密度、溫度或粘度，噴射速率，平均的噴嘴室壓力或通入噴射器I中的燃料供給管路的幾何結(jié)構(gòu)(尺寸)。
[0033]為了確定在傳感器運行模式中的電壓13的測量值，在此情況下最好高阻抗地運行壓電致動器7的末級。為此目的，該末級不被短路，因此壓電致動器7被無電流地運行。以這種方式可以提高并且以較高的精度確定由噴嘴室壓力10的振蕩產(chǎn)生的、在壓電致動器7上的電壓降。
[0034]在圖2中可清楚地看見，在壓電致動器7的致動器運行模式下施加在壓電致動器7上的脈沖13a，13b和13c分別產(chǎn)生噴射11a，Ilb和11c，其中噴嘴針閥5由于脈沖13a，13b和13c而分別從關(guān)閉噴孔4的位置上被運動到釋放噴孔4的位置上。噴嘴針閥5返回到關(guān)閉噴孔4的位置的運動通過閉鎖彈簧6來實現(xiàn)。脈沖13a，13b和13c的右沿處的凸起是這樣形成的，即如果噴嘴針閥6在關(guān)閉噴嘴室3時撞擊到噴孔4上，則噴嘴針閥5傳遞到壓電致動器7上的并且在壓電致動器7中感應(yīng)出正的傳感器電壓的力16短時間地增大。還可以看到，噴嘴室壓力10隨著噴射11a，Ilb和Ilc的開始而分別下降幾百個bar。噴嘴針閥5的打開和關(guān)閉導(dǎo)致在圖2c)中不出的嗔嘴室壓力10的振湯。在最后進彳丁的嗔射Ilc之后噴嘴室壓力10的振蕩緩慢地衰減。為此參見超過約4ms的那一邊的噴嘴室壓力10。
[0035]由圖2和3中可以看見，形成施加在壓電致動器7上的電壓13的測量值的時間序列可以在任意的時間點探測。例如可以在兩個噴射過程之間，在壓電致動器的充電階段期間，在壓電致動器的保持階段期間或在壓電致動器的放電階段期間探測測量值。在此情況下使噴射過程在一個時間間隔上延伸，在該時間間隔內(nèi)噴射速率11超過一個最小值，例如2mm3/ms0在圖2d)中示出的噴射速率11的脈沖11a，Ilb和Ilc各描述的是噴射過程。
[0036]在圖4中示出了在壓電致動器7處測量的致動器電壓23 (圖4c))，控制電流24 (圖4b))和管路壓力25 (圖4a))的時間曲線，其中，管路壓力25是緊接在噴射器I之前確定的。管路壓力25因此大致反映了在噴射器的噴嘴室3中的噴嘴室壓力。在橫坐標(biāo)軸26上以大約6ms長度的時間間隔也繪出了時間。可以看見，致動器電壓23的脈沖的上升沿23a和下降沿23b分別與流動到壓電致動器7上的正的充電電流24a和與從壓電致動器流出的負(fù)的充電電流24b相關(guān)聯(lián)。致動器電壓23的最大值為約120V?？刂齐娏?4具有在-6A和+IOA之間的值。
[0037]致動器電壓23的脈沖將噴嘴針閥5帶到一個釋放噴孔4的位置上并且由此引起噴射。在2ms處的第四時間點27處噴射結(jié)束。由于該噴射過程，在噴嘴室3中傳播有壓力波，因此管路壓力25以大約400bar的振幅圍繞大約2000bar的平均管路壓力波動。由于沒有進行另外的噴射，因此壓力波隨著時間的延長被明顯衰減。
[0038]圖5在2.6ms和5.4ms之間的時間間隔中以放大的尺寸比例顯示了圖4的致動器電壓23和管路壓力25。重復(fù)再現(xiàn)的特征也采用相同的標(biāo)記。可以看見在管路壓力25和致動器電壓23之間的明顯的相互關(guān)系。在致動器電壓23的脈沖在Ims處的第四時間點
27(參見圖4)衰減之后，致動器電壓23的隨時間的波動主要歸因于在噴射器I的噴嘴室3中的壓力波動。在圖4和5中顯示的測量，尤其是在圖5的放大的圖示中，因此說明了借助于本方法和借助于作為傳感器的壓電致動器7可以以高的精度探測噴嘴室壓力的隨時間的波動(變化)。
[0039]在圖6中以框塊結(jié)構(gòu)示意示出了包括噴射器I和控制和調(diào)節(jié)單元2的噴射系統(tǒng)100。借助于該框塊結(jié)構(gòu)應(yīng)該示出，如何借助于控制和調(diào)節(jié)單元2首先確定用壓電致動器7測量的噴嘴室壓力與預(yù)先給定的值的偏差。預(yù)先給定的值以后也稱為理論值(設(shè)計值)。在此，噴嘴室壓力例如可以由在圖3中示出的測量的致動器電壓23來確定?；跍y量的壓力值與理論值的偏差，然后可以在隨后的噴射中對噴射器I的控制，尤其是對直接地操作噴嘴針閥5的壓電致動器7的控制進行修正。這樣可以補償在噴射器I的噴嘴室3中出現(xiàn)的固有的壓力波動。如果發(fā)動機除了噴射器I以外還包括另外的噴射器，那么可以針對這些噴射器中的每個噴射器對噴嘴室壓力單獨地進行相應(yīng)的補償。
[0040]控制和調(diào)節(jié)單元2包括快速A/D變換器29，在微型控制器中實施的適配功能(適配功能塊)30以及電子式調(diào)節(jié)單元31。預(yù)控制補償單元32為適配功能30提供另外的噴射器和發(fā)動機參數(shù)供使用。也示意地示出了在一個噴射過程期間或者在相繼跟隨的噴射過程之間用于噴嘴室3中的壓力的理論值33。
[0041]在借助于壓電致動器7進行測量時，大量的測量值，例如在圖3中顯示的致動器電壓23的曲線，被傳遞到AD變換器29上。致動器電壓23的采樣率在本例中為IOkHz。借助于適配功能30將測量的電壓值先換算成噴嘴室壓力的相應(yīng)的壓力值，它們在下面稱為測量的壓力值。該換算對于發(fā)動機的噴射器的每個噴射器單獨地實施，其中求助于一個在較早的時間點處進行的校準(zhǔn)測量(Eichmessung)。然后針對其中的每個測量的壓力值來確定與相應(yīng)的理論值33的偏差。在確定偏差時，針對這些測量的壓力值中的每個壓力值，借助于相應(yīng)的測量裝置探測另外的噴射器-和發(fā)動機參數(shù)并且轉(zhuǎn)給預(yù)控制補償單元32，從此處將它們提供給適配功能30。
[0042]附加的噴射器-和發(fā)動機參數(shù)包括在測量相應(yīng)的測量的壓力值的時間點處的與噴射器I相關(guān)聯(lián)的活塞的角度位置，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，每個活塞循環(huán)的噴射次數(shù)，噴射器的溫度和高壓泵的泵送速率。另外的噴射器-和發(fā)動機參數(shù)也包括不改變的、但是對于每個噴射器是不同的參數(shù)，例如通入相應(yīng)的噴射器中的燃料供給管路的幾何尺寸或相應(yīng)的噴射器與高壓泵之間的距離。該另外的噴射器-和發(fā)動機參數(shù)也可以包括燃料的特性，如燃料密度或燃料粘度。理論值33分別針對各個噴射器單獨地依據(jù)一個或多個另外的噴射器-和發(fā)動機參數(shù)來確定。例如理論值33通過高壓蓄壓器中確定的系統(tǒng)壓力給出。
[0043]然后對于噴射器I和另外的噴射器中的每個噴射器都單獨地依據(jù)相應(yīng)的另外的噴射器-和發(fā)動機參數(shù)的各噴射器特有的值來進行對噴射器I的控制的隨后的修正，該修正舉例而言也應(yīng)該用于另外的噴射器的控制的相應(yīng)的修正。由適配功能30確定的、對噴射器I的控制的修正依據(jù)測量的壓力值與理論值33和與一個或多個噴射器-和發(fā)動機參數(shù)的偏差來進行。修正值包括在隨后的噴射過程期間噴射持續(xù)時間和/或噴射時間點和/或噴嘴針閥5的偏移和/或噴嘴針閥5的偏移的時間曲線的改變。修正值也可以包括高壓蓄壓器中的系統(tǒng)壓力的改變。原則上可以設(shè)想，例如在還在進行的噴射過程期間對噴射持續(xù)時間進行適配(調(diào)整)。修正值由適配功能30傳送給調(diào)節(jié)單元31，借助于該調(diào)節(jié)單元相應(yīng)地修正對壓電致動器I的控制。
【權(quán)利要求】
1.用于探測噴射器(I)中的噴嘴室壓力(10)的方法，該噴射器包括用于打開和關(guān)閉噴孔(4)的封閉元件(5)，至少一個直接操作該封閉元件(5)的致動器(7)和至少一個用于測量與噴嘴室壓力相關(guān)的封閉元件(5)的狀態(tài)(16)的傳感器，其中，借助于傳感器探測至少一個與該狀態(tài)相關(guān)的測量參數(shù)的至少一個測量值(13，23)和其中，確定該測量值與一個預(yù)先給定的值(33)的偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，致動器和傳感器形成一個形式為壓電致動器的結(jié)構(gòu)單元，其中，壓電致動器依據(jù)運行模式被作為致動器或作為傳感器使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的方法，其特征在于，所述測量參數(shù)包括以下參數(shù)中的一個或多個和/或從以下參數(shù)中的一個或多個中導(dǎo)出的參數(shù): -施加在傳感器上電壓(13，23)， -儲存在傳感器中的和/或流動到傳感器上的電荷， -流動通過傳感器的和/或流動到傳感器上的電流(24)， -傳感器的電容， -儲存在傳感器中的和/或流動到傳感器上的或從傳感器流出的能量。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為了探測測量值(13，23)，傳感器的一個末級被高阻抗地運行。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在傳感器的充電階段期間和/或保持階段期間和/或放電階段期間探測測量值(13，23)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，封閉元件(5)的所述狀態(tài)(16)包括位置和/或速度和/或加速度和/或由封閉元件(5)傳遞到傳感器上的力。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在確定所述偏差時附加地探測與噴射器(I)相關(guān)聯(lián)的氣缸的活塞的角度位置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先給定的值(33)通過在一個高壓蓄壓器中探測的或通過依賴于發(fā)動機狀態(tài)由一個控制單元要求的系統(tǒng)壓力或通過測量參數(shù)的與系統(tǒng)壓力對應(yīng)的測量值(13，3)給出。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，基于測量值(13，23)與預(yù)先給定的值(33)的偏差，對噴射器(I)的控制進行修正。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述修正包括在噴射過程(11a，11b，He)期間噴射時間和/或噴射時間點和/或封閉元件(5)的偏移和/或封閉元件(5)的偏移的時間曲線的改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，依賴于與噴射器(I)相關(guān)聯(lián)的氣缸的活塞的角度位置和/或發(fā)動機狀態(tài)和/或噴射器⑴的溫度和/或通入噴射器⑴中的燃料供給部的幾何結(jié)構(gòu)進行所述修正。
12.噴射系統(tǒng)(100)，包括至少一個噴射器(I)，該噴射器具有用于打開和關(guān)閉噴孔(4)的封閉元件(5)，至少一個直接地操作該封閉元件(5)的致動器(7)和至少一個用于測量與噴嘴室壓力相關(guān)的封閉元件(5)狀態(tài)(16)的傳感器，和包括控制和調(diào)節(jié)單元(2)，其中，該噴射系統(tǒng)(100)被設(shè)置用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的、用于探測噴嘴室壓力(10)的方法。
【文檔編號】F02D41/20GK103459827SQ201280018383
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月14日
【發(fā)明者】H-J.韋霍夫, S.萊納, V.巴爾克 申請人:大陸汽車有限公司