CN101595291A - 燃料喷射***以及用于在燃料喷射阀中确定针阀行程止动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含至少一个燃料喷射阀(10)和用于控制喷射阀(10)的控制装置的燃料喷射***。其中，每个喷射阀(10)都包含压电式促动器(12)，带有至少一个喷嘴开口(15)和用于该至少一个喷嘴开口(15)的有选择的关闭和开启的至少一个可动的喷嘴针阀(13)的喷嘴元件，接在压电促动器(12)和喷嘴针阀(13)之间的液压式联接元件，以及至少一个行程止动器(14，21)，其中喷嘴针阀(13)在其完全开启和/或其完全关闭位置中贴靠在该行程止动器(14，21)处。为了在这种燃料喷射阀(10)中能够较好的确定行程止动器(14；21)的触及，建议，在压电促动器(12)的供电间歇期间，通过对在压电促动器(12)处所呈现的电压信号(U)的评估而确定针阀行程止动器(14，21)。优选地，评估供电间歇期间的电压信号(U)的波动。此外建议，通过电压曲线(U)列出回归直线(30；31)，确定回归直线(30；31)对电压曲线(U)的相关系数，并且根据相关系数来检测针阀行程止动器。

Description

燃料喷射***以及用于在燃料喷射阀中确定针阀行程止动的方法

现有技术

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的燃料喷射***以及根据权利要求13的前序部分所述的、用以确定(Ermitteln)在燃料喷射阀中的针阀行程止动(Nadelhubanschlag)的方法。

由现有技术已知了用于将柴油或汽油喷射到进气管中或直接喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射阀。所述喷射阀可借助于压电促动器***纵以满足较高的动态要求。在压电促动器和喷射阀的喷嘴针阀之间接有液压联接器，以作为温度补偿并用于传动。在已知的RobertBosch有限公司的CRI-PDN(共轨喷射器-压电式直接式针阀)型的喷射阀上，喷嘴针阀几乎直接地被压电促动器置于运动之中，也即，喷嘴针阀的运动最近似地(in erster Naehrung)跟随着促动器行程。所述促动器行程在恒定的促动器力下，又最近似地与操控电压成比例。

由于加工公差以及在燃料喷射阀的整个使用期上的磨损，并且由于变动的运行温度，喷射阀中的机械和电子的参量和关系可能发生变化。这样，例如随着使用时间的增加，促动器行程可能减少，从而使得喷嘴针阀较晚地开启且较早地关闭，这导致了所喷射的燃料比所期望的少。

发明内容

本发明的目的在于，在借助于压电促动器而操纵的燃料喷射阀上，对触及行程止动器(Erreichen)进行检测，并且尤其地，对触及行程止动器的时间点进行确定。

为了解决该目的，本发明根据权利要求1建议了一种燃料喷射***，在该燃料喷射***中，触及行程止动器和/或触及行程止动器的时间点可通过特别简单的方法、也即，尤其节约时间和资源、但尽管如此精度仍然很高地被确定。作为该任务的进一步解决方案，本发明建议一种带有权利要求11所述特征的方法，该方法同样允许简单(也即尤其节约时间和资源)但仍然高精度地检测触及行程止动器或确定触及行程止动器的时间点。

根据本发明建议了以下一点，即，触及行程止动器通过在供电间歇(Bestromungspause)期间在压电促动器处所呈现的电压的电压曲线的评估(Auswerten)来进行确定。在此，尤其应对当喷嘴针阀未贴靠在行程止动器处时所产生、在电压曲线中的波动进行评判(bewerten)和评估。所确定的结果(行程止动器未触及，行程止动器将比所预计的更迟地触及，行程止动器未触及)可在调节所喷射的燃料量时被考虑。由此，可对在内燃机的燃烧室中的燃料的燃烧产生积极影响，并且该燃烧能够尤其节省燃料、废气较少且平稳地进行。

所述原理将在一种直接地联接的喷射阀的例子上进行进一步阐述，在该喷射阀中，压电促动器在喷嘴针阀关闭的情况下是被加载的，(所谓的逆转操控喷射器)。起初，在压电促动器处呈现大于零的起始电压，并且针阀行程为0μm(阀门关闭)。为了触发喷射，压电促动器被卸载，也即，被施加以卸载电流，由此，所呈现的电压下降(卸载过程的开始)。

在卸载过程开始点之后片刻，喷嘴针阀从阀座升起且至少部分地放开该至少一个喷嘴开口。在触及行程止动器之前不久处，促动器的供电终止，且该促动器被断开(卸载过程的终止)。在该时间点上，电压到达其最低值。由于喷嘴针阀在该时间点处仍未触及行程止动器，所以，其由于惯性继续在先前的方向上运动，以使得在液压联接器的联接室中的压力重新升高。由于压电效应，这造成了促动器端电压的上升(所谓的上升区域)。一旦喷嘴针阀触及行程止动器，则在联接室内的压力不再改变，以使得，电压保持几乎恒定(所谓的高平区域(Plateaubereich))。在上升区域与高平区域之间的电压拐点或到达位于卸载过程终止点处的最低值之后的电压极大值则在时间上与针阀触及行程止动器相关。

相应的效应同样出现在相反的方向上，也即，当喷射阀被从开启位置带入关闭位置时。在阀门开启的位置中，压电促动器是被卸载的，并且呈现相对低的起始电压。为了结束喷射，压电促动器被重新激活，也即，被施加以加载电流，由此，所呈现的电压升高(加载过程的开始)。在加载过程开始点之后片刻，喷嘴针阀在朝阀座方向上下降，该阀座充当行程止动器。在触及阀座之前，可结束促动器的供电且促动器被断开(加载过程的终止)。在该时间点处，电压到达其最高值。该喷嘴针阀由于惯性而在供电终止点后继续运行，以使得在液压联接器的联接室中的压力下降。由于压电效应，这造成了促动器端电压的降低(负的上升区域)。一旦喷嘴针阀固定地位于行程止动器处，在联接室中的压力就保持几乎稳定且由此促动器的电压也保持几乎恒定(所谓的高平区域)。在下降区域与高平区域之间的电压拐点和/或到达最高值(该最高值位于加载过程的终止点处)后的电压极小值则在时间上与针阀行程止动器(阀座)的触及相关。

从属权利要求体现了本发明的有利的设计方案。尤其地，其即使在测量噪音下或在与喷射阀内的与压力有关的动态效应(该动态效可例如导致电压曲线的强烈的圆化)下也允许以所建议的方法来实现拐点或电压最大值的精确的时间上的决定。

示图简述

下文中将根据示图进一步阐述本发明的一些优选地实施例。其中：

图1示出了根据本发明的、包含带有压电式促动器及控制装置的燃料喷射阀的燃料喷射***的示意图；

图2示出了例如为根据图1的燃料喷射***的燃料喷射阀的电压曲线和电流曲线，用于对根据本发明的方法的第一实施例进行图解；

图3示出了例如为根据图1的燃料喷射***的燃料喷射阀的电压曲线和电流曲线，用于对根据本发明的方法的第一实施例进行图解；

图4示出了例如为根据图1的燃料喷射***的燃料喷射阀的电压曲线和电流曲线，用于对根据本发明的方法的第一实施例进行图解；

图5示出了例如为根据图1的燃料喷射***的燃料喷射阀的电压曲线和针阀行程曲线，用于对根据本发明的方法的第二实施例进行图解；

图6示出了来自图5的电压曲线及针阀行程曲线的部分，用于对根据本发明的方法的第二实施例进行图解；

图7示出了例如为根据图1的燃料喷射***的燃料喷射阀的电压曲线和电流曲线，用于对根据本发明的方法的第二实施例进行图解；

图8示出了不同的燃料喷射阀的两种电压曲线和电流曲线，用于对根据本发明的方法的第三实施例进行图解，其中，这些燃料喷射阀中的一个触及行程止动器而另一个未触及；

图9示出了四种不同的电压曲线和电流曲线，用于对根据本发明的方法的第三实施例进行图解；

图10示出了一种补充的调节器结构，带有回归直线对促动器电压曲线的偏差的平方和(Summenquadrat)，以作为行程止动器检测的评价标准。

图11示出了出自图10的调节器结构对未触及的行程止动器的反应的作用原理。

具体实施方式

在图1中示出了用于内燃机的燃料喷射阀10，该燃料喷射阀10配备有压电式促动器12。该燃料喷射阀10也被称为喷射器，且用于将诸如汽油或柴油等的燃料11喷射入进气管和/或直接喷射入内燃机的燃烧室中。该压电式促动器12如在图1中通过箭头所示意的那样由控制装置20所操控。此外，该燃料喷射阀10具有带有喷嘴针阀13的喷嘴元件，该喷嘴针阀13可坐在燃料喷射阀10的壳体内的阀座14上。该阀座14围绕着喷嘴开口15。自然，喷射阀10可具有比所示出的一个喷嘴开口15更多的喷嘴开口。

此外，喷嘴开口也可设计在阀10的壳体的侧壁处。

如果喷嘴针阀13被从阀座14提起，则燃料11可通过喷嘴开口15流动，即，该燃料喷射阀10被开启，且燃料11被喷射。这一状态在图1中示出。如果阀针13坐于阀座14上，则喷嘴开口15被关闭，且无燃料11被喷射，即，燃料喷射阀10被关闭。在喷射阀10的关闭状态下，阀座14构成用于喷嘴针阀13的行程止动器。在开启状态下用于喷嘴针阀13的行程止动器以参考标号21表示。

从关闭状态到开启状态的过渡借助于压电式促动器12来实现。此外，在下文中称为操控电压U的电压被加到促动器12处，该电压引起布置于促动器12中的压电堆栈(Piezostapel)的长度变化，该长度变化在其一侧被利用以用于燃料喷射阀10的开启和/或关闭。在图1所示出的实施例中，压电促动器12在由喷嘴针阀13所关闭的喷嘴开口15处进行电加载，也即，当喷射器10关闭时，促动器12伸展(所谓的逆转运行式喷射器10)。通过在促动器12中的压电堆栈的卸载，其纵向伸展减小，且喷嘴针阀13被从阀座14提起。

燃料喷射阀10还具有液压式联接元件。该联接元件在燃料喷射阀10内包含联接器壳体16，在该联接器壳体16中，两个活塞17，18被引导。活塞17与促动器12相连接，活塞18与喷嘴针阀13相连接。在该两个活塞17，18之间包围有容积19，该容积19实现了由促动器12所施加的力的至针阀13的传递。

该压电促动器12直接布置在喷嘴针阀13上方，并且可完全被处于压力下的燃料11所包围。在此，一层涂层可保护促动器免受燃料11影响并且确保电绝缘。该联接元件被燃料11所包围，且该容积19同样被填充以燃料。通过在两个活塞17，18与联接器壳体16之间的引导缝隙，容积19可在经过较长的时间的情况下与相应地存在的促动器12的长度相匹配。然而，当促动器12的长度短时间地发生变化时，容积19却几乎保持不变并将促动器12的长度的变化直接地传递到喷嘴针阀13上且转化成相应的运动。即，压电促动器12的长度变化经由联接元件而直接引起喷嘴针阀13的运动。

为了获得关于燃料喷射阀10的运行状态的信息，执行了下文描述的根据本发明的方法，所述方法诸如以计算机程序的形式被存储在电子存储元件(未示出)上，并且所述方法在可被设置在控制装置20中，以通过控制装置20的计算单元被加以处理。但是也可以设想，计算机程序简单地被保存在诸如英特网等的计算机网络的服务器上，以供下载。感兴趣的人可下载该计算机程序，并在控制装置的计算装置上将其运行。当在控制装置的计算装置上被执行时，该计算机程序用于实施根据本发明的全部步骤。

在图1中所示出的燃料喷射阀10是燃料喷射***(共轨***)的一部分，其可包含多个喷射阀10，经由该喷射阀10，燃料可被喷射到进气管或内燃机的燃烧室中。可以为所有的喷射阀10设置一控制装置20，或者也可以为燃料喷射阀10中的每一个设置各自的控制装置20。除了喷射阀10和控制装置20以外，燃料喷射***还可包含其它部件，例如燃料存储器，尤其是对于所有喷射阀10而言共用的高压存储轨(共轨)，该高压存储轨经由高压燃料管路接至燃料喷射阀10的联接头22处。

当促动器12被施加以卸载电流I和/或加载电流I以引起燃料喷射阀10的开启和随后的关闭并引起燃料喷射时，在促动器12处出现的操控电压U的时间上的变化以示意性的方式示出在图2至图4中。电流I的变化同样在图2至图4中示出。燃料喷射的过程在下文中根据图2进行进一步阐述。

从关闭的喷射阀10出发(该喷射阀10的促动器12处于被加载的状态)。在时间点t_a，促动器12处呈现起始电压U_a。为了触发喷射，压电促动器12被卸载。为此，促动器12被施加以负的卸载电流I，并且所呈现的电压U下降(卸载过程的开始)。在卸载过程开始之后片刻，喷嘴针阀13被从阀座14提起，并且至少部分地放开该至少一个喷嘴开口15。在触及行程止动器21之前不久处，促动器12的供电终止，并且该促动器12被断开(卸载过程的终止)。在该时间点t₀上，电压U到达其最低值U₀。即，促动器电压U在t_a至t₀的时间间隔内，从电压U_a下降至电压U₀，下降的幅度为电压ΔU。由于喷嘴针阀13在该时间点处仍未触及行程止动器21，所以，其由于惯性而继续在先前的方向上运动，以使得在液压联接器的联接室19中的压力重新升高。由于压电效应，这导致了促动器端电压U的上升。一旦喷嘴针阀13触及行程止动器21，则联接室19中的压力不再改变，以使得，电压U几乎恒定地保持在值U₁上。该电压拐点，也即，在达到卸载过程终止点处的最低值后的极大值，也即，在时间点t₀之后的电压极大值，在时间上与针阀行程止动器21的触及相关，且可相应地被评判和评估。

相应的效应也出现在相反的方向上，也即，出现在当喷射阀10被从开启位置带入关闭位置时。在阀10的开启位置中，压电促动器12卸载，并且呈现相对低的起始电压U₄。为了结束喷射，压电促动器被重新激活，也即，施加以正的加载电流I，由此，所呈现的电压U升高(于时间点t₄处的加载过程的开始)。在加载过程开始点之后片刻，喷嘴针阀13在朝阀座14的方向上下降，该阀座14充当行程止动器。在触及阀座14之前，促动器12的供电可被终止，并且促动器12被断开(加载过程的终止)。在该时间点t₅上，电压U到达其最高值。该喷嘴针阀13由于惯性而在供电终止后继续运行，以使得在液压联接器的联接室19中的压力下降。由于压电效应，这造成了促动器端电压U的降低。一旦喷嘴针阀13固定地位于在行程止动器14处，在联接室19中的压力保持几乎恒定且由此促动器的电压U也保持几乎恒定。该电压拐点，也即，在达到卸载过程终止点处的最高值之后的电压最小值，在时间上与针阀行程止动器(阀座14)的触及相关，且可相应地被评判和评估。

即，根据本发明可认识到，通过适当的评判和评估，促动器端电压U的曲线可给出与触及行程止动器14，21有关的提示，特别是当促动器12未被供电时，也即，当燃料喷射阀10从某种程度上说被闲置(ueberlassen)时。为了对在压电促动器处所呈现的电压信号U进行评估，可设想多种可能性。一种可能性在于，对供电间歇中的电压信号U的波动进行评判，并且通过适当的评估得出关于行程止动器14，21是否已被触及的结论。另一种用于确定触及行程止动器的时间点的可能性在于，通过电压信号U的曲线而列出的两个补偿函数、尤其是两条补偿直线的交点被确定，并且被用作触及行程止动器的时间点。在此，可考虑一种简化，根据该简化，上升直线始终具有相同的斜率dU，也即，U₄-U₀和/或U₁-U₀。

根据第一种所建议的方法，卸载终止点t₀与加载开始点t₄之间的或加载终止点t₅与卸载开始点之间的电压信号U被采样。通过电压信号U的采样值的间隔，列出回归函数，优选为回归直线，并且，确定回归函数对采样值的相关值R。根据相关值的大小(例如，在图2中从t₁至t₄，或在图7中从t₂至t₄)可识别出针阀触及行程止动器。回归直线也被称为相关直线。

为了计算回归直线，必须以如下方式解决优化问题，即，首先任意地通过电压曲线U的采样点而列出的直线(y＝a+bx)的位置必须被优化，以使得直线的至这些各个点的间距尽可能地小(使残差平方和最小化。这种方法也被称为最小二乘法(Methode der kleinsten Quadrate)。

$\mathrm{RSS}={\mathrm{SS}}_{\mathrm{Res}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{e}_i^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-(a+b\·x_i))}^2\→\min !$

通过偏微分和将一阶导数归零，获得了正规方程(Normalgleichung)***。所求的回归系数为解。

$b=\frac{\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}=\frac{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{xy}}}{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{xx}}}$

并且

a＝y-b·x

其中，x作为x值的算术平均值，且y作为y值的算术平均值。

SS_xy表示了x_i的经验方差(empirische Varianz)。这种估算也被称为最小平方估算(kQ)或普通最小二乘法估算(OLS)。

相关值R或相关系数是针对两个特征之间的线性相关程度的无量纲单位(Mass)。其只可取-1和+1之间的值。当值为+1(或-1)时，在两个所观察的特征之间存在有完全的正(或负)的线性关系。当相关值的值为0时，两个特征彼此之间根本不线性相关。但是，尽管如此，两者可能以非线性方式彼此相关。在本实施例中，借助于相关值确定电压曲线U的所采样的点与通过所采样的点列出的回归函数或回归直线之间的线性关系。如果电压曲线U的采样点以x₁，x₂，...x_n表示，而回归函数的离散的点以y₁，y₂，...y_n表示，则经验的相关系数按以下公式进行计算：

${\mathrm{Kor}}_e(X,Y):={\mathrm{\ρ}}_e(X,Y):=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2\·\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}}$

其中

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$ 和 $\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i$

为根据点序列的经验的期望值(Erwartungswerte)X和Y。

在检测喷嘴针阀13是否触及行程止动器14，21之前，根据所应用的喷射阀的类型，确定用于相关值R的极限值。该极限值可以经验的方式，也即，以实验，通过仿真或数学途径来确定。该极限值以如下方式选择，即，当相关系数大于或等于该极限值时，行程止动器14，21很可能已经被触及，或者说，当相关系数低于该极限值时，行程止动器14，21还未被达到的概率很大。针对当前的电压曲线U所确定的相关值或相关值的大小在该方法的运行时间(Laufzeit)期间与预先根据所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且，如果所确定的相关值大于或等于该极限值，则识别出针阀行程止动。

如果促动器12由于在运行时间上的行程损失或由于过小的操控电压U而实施了对于用于将针阀13牵引至其行程止动器14，21处所需的行程而言过小的行程h，则针阀13在其行程结束后，围绕其稍后的静止位置而振动。这种绕静止位置的振动造成了带有在整个高压区域上相似的频率的操控电压U中的波动。由于这种固定频率，表示特征的波谷总是在操控过程内的相似的时间处出现。在波谷的区域中，与在该区域中的电压平均值40(参看图9)的平方偏差(quadratischeAbweichung)的和k用于对是否已触及针阀行程止动器14，21进行评判。由此，当并未触及止动器14，21时，该和得出很大的值，因为在这种情况下，很多点都表现出了与平均值40的较大的偏差。如果已触及行程止动器14，21，则振动频率发生变化，并且在这样的区域中——在该区域中，在未触及行程止动器14，21的情况下应仍为波谷——现在则经历带有较小振幅的多个振动周期。在这种情况下，显著较少的点、且是以较小的值偏离平均值40。该k则改变其值，其中，和k的改变可被用于检测行程止动器14，21的触及。

如果电压曲线U的采样值以U_i表示，并且电压平均值40以U表示，则偏离电压平均值40的平方偏差的和k通过以下方程获得：

$k=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(U_i-\stackrel{\‾}{U})}^2$

在图9中示出了该实施例。在该图中，一方面示出了四条不同的电压曲线U，其中，在电压曲线U₁上，相对较多的点相对较远地偏离平均值40₁。因此，由此可推论，针阀13并未触及行程止动器14，21。在电压曲线U₂，U₃，U₄上，相反地，相对较少的点偏离平均值40₂，40₃，40₄，并且/或者这些点与平均值40₂，40₃，40₄偏离相对较小的大小。因此，由此可推论，针阀13触及行程止动器14，21。

在图3和图4中，绘制了回归直线30，该回归直线30通过在卸载终止点t₀和加载开始点t₄之间电压曲线U的多个采样点的间隔而列出。在出自图3的例子中，回归直线30通过在时间点t₃和t₄之间的电压曲线U的采样点而列出。出自图3的电压曲线U属于已触及了行程止动器21的燃料喷射阀10，出自图4的电压曲线U属于未触及行程止动器21的燃料喷射阀10。由于在图3中的回归直线30较在图4中的回归直线30显著更好地覆盖该测量(Messung)，所以，针对出自图3的回归直线得出了比针对出自图4的回归直线更大的相关值R。通过适当的极限值的选择以及相关值R与该极限值的比较，可以准确无误且可靠地识别出是否已触及行程止动器14，21。

在确定回归直线或相关值之前，例如通过在相应的一定数量的采样值(例如，五个采样值)上生成平均值，则可使电压曲线U平滑或将其滤波。

直到触及行程止动器14，21后，燃料喷射阀10才被完全关闭或开启。即，触及行程止动器14，21的精确的时间点对于待喷射的燃料量的调节而言很重要。如果，举例而言，过迟地触及行程止动器14，21或根本没触及行程止动器14，21，则可以调节的方式加以干涉，以使得，尽管如此，在预定的持续时间内仍会喷射所预定量的燃料。通过这种方法，可以对由于老化的或磨损的或具有加工公差影响的燃料喷射阀10而产生的量的漂移(Mengendrift)进行调整。

根据另一实施例，生成了电压曲线U的第一阶导数。这可以根据模拟的电压信号U或根据电压信号U的离散的采样值而进行。在图2中的时间点t₁(在该处，该导数第一次为0)被用于将电压曲线U划分为两个区域，即，t₀与t₁之间的上升区域和t₁与t₄之间的高平区域。在这两个区域中，通过电压曲线U的采样点相应地列出回归函数30，31(其优选为回归直线)。这两条回归函数30，31的交点被用作这样的时间点，即，(图3中的用于完好的喷射器10的时间点t₃和图4中的用于非完好的喷射器10的时间点t₃’)，在这些时间点处，喷嘴针阀13触及行程止动器21。t₃’大于t₃的事实意味着，在图4中针阀13过迟地触及行程止动器21。

作为针阀13是否实际触及止动器21的评价标准，在此还可使用相关因子。正如上文中该的那样，当针阀13贴靠在止动器21处时，电压U在高平区域中表现为平整的曲线，并且相关因子由此则具有相对高的值(参看图3)。如果针阀13未触及止动器21，电压U在高平区域中具有波度，并且相关因子有显著较小的值(参看图4)。

在该实施例中，在生成第一阶的导数之前或在确定回归直线或相关值之前，同样可例如通过在各一定数量的采样值(例如，五个采样值)上生成平均值而将电压曲线U平滑化或被滤波。

在图5和图6中，上部描绘了喷嘴针阀13在时间t上的电压曲线U而下部描绘了喷嘴针阀13在时间t上的相应的行程曲线h。在图5中所示出的电压曲线U与出自图2至图4的电压U的曲线良好地相对应。图6示出了出自图5的电压曲线和行程曲线的VI部分。在图5和图6中所示出的电压曲线U如下地形成：

从t＝100μs起，促动器12从初始电压U＝170V开始卸载。促动器12收缩，并且由此使联接室19中的压力下降，这引起了喷嘴针阀13的开启。在t₀时(参看图6上部)，供电终止，并且促动器12被断开，也即，被闲置。由于针阀13仍未触及行程止动器21，其继续运动(参看图6下部)，使得在联接室19中的压力重新上升。由于压电效应，这造成了促动器端电压(Klemmspannung)U的上升。一旦针阀13触及行程止动器21(针对新喷射器的图6中的时间点t₂)，在联接室19中的压力不再变化，使得电压U保持几乎恒定。

在图5和图6中，新喷射器10的电压曲线U以参考标号32表示，且新喷射器10的行程曲线h以参考标号33表示。在图5和图6中，老化喷射器10’的电压曲线U以参考标号32’表示，且老化喷射器10’的行程曲线h以参考标号33’表示(行程止动器21较迟地触及——如果其确实被触及的话)。在图5和图6中，带有磨损的喷嘴元件的喷射器10”的电压曲线U以参考标号32”表示，且带有磨损的喷嘴元件的喷射器10”的行程曲线h以参考标号33”表示。在t₂，t₂’，t₂”处的电压拐点或电压极值(极大值与极小值)在时间上与针阀行程止动器21的触及相关。

当关闭喷射器10时，相似的物理效应起作用：该针阀13在供电终止点后继续运动，使得在联接室19中的压力上升，这导致促动器端电压U降低。一旦针阀13静止在阀座14上，在联接室19中的压力保持几乎恒定且由此促动器电压U也保持几乎恒定。

为了决定是否触及行程止动器21或14，在时间点t₁(参看图2)或时间点t₂，t₂’，t₂”(参看图6)处的所预期的电压极大值附近，或在时间点t₅(参看图3和图4)处的加载终止点后的电压极小值附近，确定电压信号U的第一电压值，并且，在时间点t₄(参看图6)处的加载开始点前或在卸载开始点前，确定另一电压值。如果所测量到的第一电压明显地大于在时间点t₄之前不久处所测量到的另一电压，则其表明未触及行程止动器21。如果所测量到的第一电压明显地小于时间点t₄前所测量到的另一电压，则其表明，该喷嘴针阀13被过于强烈地牵引至针阀止动器21处：在联接室19中的很大的负压引起如下一点，即，通过泄漏缝隙，燃料11被牵引，压力上升，并且由此，由于压电的效应，促动器电压U也上升。此处，各个电压极限值同样必须根据喷射器类型而特定地被确定。

备选地，也可通过电压曲线U的导数和该导数的过零点而确定电压曲线从上升区域至高平区域的过渡。在卸载过程的终止点处的和在供电间歇开始点处的时间点t₀(参看图6)确定第一电压值，并且在时间点t₁(参看图2)或在电压曲线的导数的过零点的时间点t₂，t₂’，t₂”(参看图6)处确定另一电压值。根据这两个电压值和/或根据这两个电压值的差值dU，同样可确定触及行程止动器的时间点。调节器既可在该dU上进行调节，也可在于下段中所描述的dU上进行调节。该思想为，将此处所描述的dU用于触及行程止动器的时间点的确定。如果该第一测量电压值与该另一电压值的差值非常大，则可得出，并未触及行程止动器或过迟触及行程止动器。如果差值非常小，则可得出，针阀13过于强烈地对着行程止动器而行进。相应的喷射器类型特定的针对电压值和/或差值的极限值可预先被确定，并且在该方法的运行时间期间被用于确定行程止动和/或行程止动的时间点。

为了能够通过尤其简单的方法来决定行程止动器14，21的触及的准确的时间点，利用了一种简化，即，在喷射器10的使用期中，电压U的上升区域中的斜率m在整个上升区域上、且对于不同的电压曲线U而言，都是几乎恒定的(参看图6)，并且因此可快速且不复杂地一次性地被确定，且在所有接下来的对触及行程止动器的时间点的计算中都可被考虑。通过确定关断电压(该关断电压时间上精确地已知；时间点t₀)与在时间点t₄之前在开启的喷射器状态下的稳态的最终电压之间的电压差值dU，并且通过已知的斜率m而计算出关断时间点t₀和触及行程止动器21之间的时间差值，则可计算出针阀行程止动器的所寻求的时间点。与寻找在电压U的曲线中的上升区域和高平区域之间的拐点相比，这可显著地更容易地被执行。电压差dU与从供电终止点(在时间点t₀处)起的触及行程止动器的时间点之间的恒定的关系可存储在表中，以使得，在方法运行时间期间，无需再对斜率加以考虑。

为此，对如下例子进行阐述。举例而言，如果作为斜率，m＝300,000V/s，且在喷射器10的电压曲线U中得出电压差值dU＝2V，则该时间点(在该时间点处，行程止动器14，21被触及)可以如下方程进行计算：

$t=\frac{\mathrm{dU}}{m}=\frac{\mathrm{ls}\·2V}{300.000V}=\mathrm{6,667}\mathrm{\μs}$

这意味着，在时间点t₀(在该时间点t₀处，电流被关断)之后t＝6,667μs时行程止动器14，21被触及。对于所观察的喷射器类型，还可针对许多其它的电压差值而对这一关系加以计算并将其存储在表中。

一旦使用了更高一级的调节，以将差值dU(无论以何方法被计算出)调节到所期望的值上，则斜率m的轻微的变化(例如通过促动器电容的变化)仅仅导致在所确定的止动时间中的可忽略的微小的误差。如果电压差值dU选择过大，则行程止动器不被触及。如果差值dU选择过小，针阀13过于强烈地敲击到行程止动器14，21上。如果差值dU选择得足够小，而既不过大也不过小，则可准确无误且可靠地触及行程止动器14，21，而不会过于强烈地对着止动器而行进。

由于在所建议的方法中，已知了喷射持续时间和最大喷射率(除喷嘴积碳之外)，则所喷射的燃料量可非常精确地设定。通过卸载电流I的变化(该卸载电流I流过促动器12)，喷嘴针阀13的行程h可被增大，以使得在各种情况下行程止动器14，21都被触及。在第二实施例中，对是否触及行程止动器14，21的检测并不取决于促动器12的操控电压U的上升区域的斜率m，而是仅取决于电压差值dU。

如果需以逆转式运行的燃料喷射器10来进行喷射，则关闭的喷射器10的促动器12被卸载，促动器12收缩，并且在针阀13上的联接室19中产生负压，由此，针阀13被置于运动之中。如果针阀13已首先被自其座14上提起，则处于高压下的燃料11在该座14下方起作用，并将针阀13向上加速。通过这种向上的运动，首先在联接室19中的负压被消除，且紧接着产生过压。这种过压引起作用到促动器12上的力，由于压电效应，在该促动器12中此时感应出正电压U。在运行状态(在该状态中促动器12完成了足够的行程h)，则当喷嘴针阀13触及其行程止动器21时，针阀运动突然地终止。因为不再有力作用到促动器12上，所以操控电压12基本恒定地保持在高原区域上。这种关系例如在图8中示出，在图8中示出了完好的喷射器的电压曲线U以及这样的喷射器10’的电压曲线U’，该喷射器10’的喷嘴针阀13’未触及阀座14。这两个喷射器10，10’的电流I也被示出。

如果促动器12能够完成足够的行程h以将针阀13牵引至其机械的止动器21处，则触及止动器的时间点可通过在电压极小值(在时间点t₀处)和第一个在其后出现的局部极大值(在电压曲线的导数的第一过零点处，在时间点t₁或t₂处)之间的电压差值dU而设定。

此处，作为基础的、简化的假设为，斜率m(在该两点之间电压U以该斜率m上升)保持恒定(参看上述叙述)。如果之前所描述的评价标准(相关值R或和k)的评估表明，针阀13未触及其行程止动器14，21，则补偿方法由此作出反应，即，增大卸载时间，以增大电压偏移(Spannungshub)(参看图11)。如果现在dU-调节器的理论值保持恒定，则针阀13将较迟地触及其行程止动器14，21。出于此原因，与卸载时间的延长一起，必须伴随有dU-调节器的理论值的变化，尤其为该理论值的减小。这一事实情况和作用原理在图11中示出。

如果在多个调节中都实现了可靠的行程止动14，21，则调节器尝试重新减小电压偏移。这一点是必须的，以使得，调节器不会只能在一个方向上进行修正并因而在错误测量的情况下无法再对错误进行修正。为减少电压偏移，则进行与上述过程正好相反的过程。卸载时间被缩短并且dU被增大。

示例性的调节结构在下文中根据图10进行进一步阐述。此处，多个调节回路层叠状地(kaskadenfoermig)交织地联接。最外层的调节回路用于出自第一实施例的相关系数R或电压信号U与电压平均值40的二次偏差的和k的调节，或用于其它方法的用于行程止动器检测其它参量的调节。电压U在喷射器10处被检测，且在功能模块50中进行评估之后，根据一个或多个上述方法，可得到针对该和k(或针对该相关系数R)的实际值k_ist(或R_ist)。作为理论值k_soll(或R_soll)，给定一个尽可能小的值，例如零。在减法模块51中，生成了与电压平均值40(或相关系数R)的平方偏差的和k的理论值k_soll(或R_soll)与实际值k_ist(或R_ist)之间的差值dk(或dR)。该差值dk(或dR)作为调节差值被提供给调节器52，例如带增益因子Kp3的比例调节器。

和k(或相关系数R)的调节器52的信号参量同时也是以任意方式计算出的差值dU的下层调节的指令参量(Fuehrungsgroesse)(理论值dU_soll)。从在喷射器10处所呈现的促动器电压U出发，在该评估50的框内，根据一个或多个上述方法，还确定了差值dU的实际值dU_ist。在减法模块53中，生成了理论值dU_soll和实际值dU_ist的差值ddU。差值ddU作为调节差值被提供给调节器54，例如带增益因子Kp1的比例调节器。

和k的调节器54的信号参量同时也是呈现在促动器12处的电压Ubx的下层调节的指令参量(理论值Ubx_soll)，此处，电压Ubx对应于上述的ΔU。在喷射器10处呈现的促动器电压Ubx作为实际值Ubx_ist被探测。在减法模块55中，生成了电压Ubx的理论值Ubx_soll和实际值Ubx_ist的差值dUbx。电压的差值dUbx作为调节差值被提供给调节器56，例如带增益因子Kp2的比例调节器。

调节器56的信号参量为卸载电流I，该卸载电流I的曲线在不同的图表中被绘制，并且该卸载电流I在图10中以i_Disch(Discharge)来标注。喷射器10或其压电促动器12被施加以该卸载电流。与电压平均值40的平方偏差的和k的理论值k_soll和实际值k_ist的差值dk此外还被提供给调节器57，例如带增益因子Kp4的比例调节器。调节器57的信号参量为卸载持续时间ti_Disch，针对该卸载持续时间ti_Disch，喷射器10被施加以卸载电流i_Disch，以使得所期望的燃料量被喷射。

根据图11将进一步阐述燃料喷射阀10的调节须如何被进行修正，以使得一方面喷嘴针阀13能准确无误地触及行程止动器14，21，且另一方面喷嘴针阀13还在所期望的持续时间内触及行程止动器14，21。在图11a)中，上部以实线示出了在原始的未修正状态下的促动器12的操控电流I的曲线。以虚线示出了带有修正过的卸载时间的操控电流I的曲线。在图11a)中，在下部，以相应的方式，以实线示出了未修正的、在促动器12处呈现的促动器电压U的曲线。以虚线示出了带有改变过的卸载时间的电压U的曲线。可清楚地识别出，从在t₇处的卸载终止点到直到t₈处才出现的卸载终止点的卸载时间的延长尽管产生了增大的电压偏移，但是也导致了针阀行程止动器14，21的较迟的触及。即，止动器14，21直到时间点t₁₀才被触及(而不是在时间点t₉被触及)。

在图11b)中，上部再次以实线示出了在原始的未修正状态下的促动器12的卸载电流I的曲线。以虚线示出了带有修正的卸载时间和修正的电压差值dU的卸载电流I的曲线。在图11b)中，在下部，以相应的方式，以实线示出了未修正的、在促动器12处呈现的促动器电压U的曲线。以虚线示出了带有改变的卸载时间和改变的电压差值dU(dU2代替dU1，其中dU2＜dU1)的电压U的曲线。可清楚地识别出，从t₇到t₈的卸载时间的延长产生增大的电压偏移。然而，图11a)下部中的针阀行程止动器14，21的较迟的触及在图11b)中以下方式进行补偿，即，为电压差值给定较小的值作为理论值。这导致，止动器14，21在时间点t₁₀已经被触及，该时间点t₁₀与原始的的时间点t₉恰相对应。如果电压偏移应被减少，自然有dU2≤dU1，以使得，尽管缩短了卸载时间，但行程止动器14，21并不过早被触及。

Claims (33)

1.一种包含至少一个燃料喷射阀(10)和用以操控该喷射阀(10)的控制装置(20)的燃料喷射***，其中，每个喷射阀(10)包含：

-压电式促动器(12)，

-喷嘴元件，其带有至少一个喷嘴开口(15)和至少一个可动的喷嘴针阀(13)以用于有选择地关闭和开启所述至少一个喷嘴开口(15)，

-液压式联接元件，所述联接元件接在所述压电促动器(12)和所述喷嘴针阀(13)之间，以及

-至少一个行程止动器(14，21)，所述喷嘴针阀(13)在其完全开启和/或其完全关闭的位置中贴靠在所述行程止动器(14，21)处，

其特征在于，所述控制装置(20)具有用于识别所述喷嘴针阀(13)在所述至少一个行程止动器(14，21)处的止动的检测器件，其中，所述器件如下地设计，即，其在压电促动器(12)的供电间歇期间根据在压电促动器(12)处所呈现的电压信号(U)的曲线来识别针阀行程止动。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其对卸载终止点与加载开始点之间的或对加载终止点与卸载开始点之间的电压信号(U)的振幅进行评判。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其对卸载终止点与加载开始点之间或加载终止点与卸载开始点之间的电压信号(U)进行采样，通过所述电压信号(U)的采样值的间隔，列出回归函数(30)，优选为回归直线，并且确定对采样值的相关值，其中，所述检测器件根据所述相关值的数值而识别是否存在针阀行程止动。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其将所确定的相关值与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且如果所确定的相关值大于或等于所述极限值，则识别出针阀行程止动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其在供电间歇的起始点处确定电压信号(U)的第一电压值，并在所述供电间歇期间的较后的时间点处确定电压信号(U)的另一电压值，其中，所述检测器件根据所述第一电压值与所述另一电压值之间的差值(dU)而识别是否存在针阀行程止动。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射***，其特征在于，在供电间歇的起始点处的、确定所述第一电压值的时间点处于所述卸载终止点(t₀)处或处于所述卸载终止点(t₀)之后或者处于所述加载终止点(t₅)处或处于所述加载终止点(t₅)之后。

7.根据权利要求5所述的燃料喷射***，其特征在于，在供电间歇的起始点处的、确定所述第一电压值的时间点处于这样的时间点(t₁；t₂；t₃)处，即，在该时间点(t₁；t₂；t₃)处，所述电压曲线(U)的导数具有第一过零点。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述较后的、确定所述另一电压值的时间点处于加载开始点(t₄)之前不远处或处于卸载开始点之前不远处。

9.根据权利要求6所述的燃料喷射***，其特征在于，所述较后的、确定所述另一电压值的时间点处于这样的时间点(t₁；t₂；t₃)处，即，在该时间点处，所述电压曲线(U)的导数具有第一过零点。

10.根据权利要求7和8所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其将所确定的电压差值(dU)与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且如果在所述供电间歇的开始点(t₁；t₂；t₃)处的第一电压值大于在所述较后的时间点(t₄)处的另一电压值，并且所确定的电压差值(dU)的大小大于或等于所述极限值，则识别出未触及针阀行程止动。

11.根据权利要求7和8所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其将所确定的电压差值(dU)与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且如果在所述供电间歇的开始点(t₁；t₂；t₃)处的第一电压值小于在所述较后的时间点(t₄)处的另一电压值，并且所确定的电压差值(dU)的大小大于或等于所述极限值，则识别出所述喷嘴针阀(13)被过于强烈地牵引至所述行程止动器(14，21)处。

12.根据权利要求2所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其在所述供电间歇期间观察所述电压信号(U)，将在所观察的区域中的所述电压信号(U)的曲线划分为上升区域和与之相连的高平区域，通过高平区域形成电压平均值(40)，并确定所述电压信号(U)与在高平区域中的电压平均值(40)的平方偏差的和(k)，其中，所述检测器件根据所确定的和(k)的数值而识别是否存在针阀行程止动。

13.根据权利要求12所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其将所确定的和(k)与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且如果所确定的和小于或等于所述极限值，则识别出针阀行程止动。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，其在所述供电间歇期间形成所述电压信号(U)的一阶导数，使用该导数第一次具有过零点处的时间点来将所述电压信号(U)的曲线划分为上升区域和高平区域，通过在所述上升区域和所述高平区域中的电压信号(U)相应地列出回归函数(30；31)，优选为回归直线，并且将两条回归函数(30；31)的交点作为存在有针阀行程止动的时间点(t₃)。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的燃料喷射***，其特征在于，所述检测器件如下地设计，即，仅当事先已确定针阀行程止动确实存在时，所述检测器件才决定该针阀行程止动的时间点(t₃)。

16.一种用于在燃料喷射阀(10)中确定针阀行程止动的方法，所述燃料喷射阀(10)包括，

-压电促动器(12)

-喷嘴元件，其带有至少一个喷嘴开口(15)和用于有选择地关闭和开启所述至少一个喷嘴开口(15)的至少一个可动的喷嘴针阀(13)，

-液压式联接元件(16，17，18，19)，所述联接元件(16，17，18，19)接在所述压电促动器(12)和所述喷嘴针阀(13)之间，以及

-至少一个行程止动器(14，21)，喷嘴针阀(13)在其完全开启的和/或其完全关闭位置中贴靠在所述行程止动器(14，21)处，

其特征在于，在所述压电促动器(12)的供电间歇期间，通过在所述压电促动器(12)处所呈现的电压信号(U)的曲线的评估来对所述至少一个针阀行程止动器(14，21)进行确定。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，对卸载终止点与加载开始点之间的或加载终止点与卸载开始点之间的所述电压信号(U)的振幅进行评判。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，通过在所述供电间歇期间在所述压电促动器(12)处所呈现的所述电压信号(U)而列出至少一个回归函数(30；31)，优选为回归直线，并且通过对所述至少一个回归函数(30；31)的曲线的评估来确定所述至少一个针阀行程止动器(14，21)。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述供电间歇期间形成所述电压信号(U)的一阶导数，将在其处所述导数具有第一过零点的时间点用于将所述电压信号(U)的曲线划分为上升区域和高平区域，通过在所述上升区域中的和在所述高平区域中的所述电压信号相应地列出回归函数(30；31)，优选为回归直线，并将两条回归函数(30；31)的交点作为所述针阀行程止动器(14，21)的时间点(t₃)。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过在所述供电间歇期间的所述电压信号(U)的间隔列出回归函数(30；31)，优选为回归直线，并且确定对所述电压信号(U)的相关值，其中，根据相关值的数值来识别所述针阀行程止动(14，21)。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，在形成所述导数之前或在确定所述回归函数(30；31)之前，采样所述电压信号，并且所述电压信号(U)的进一步处理根据采样值而进行。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所确定的相关值与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且如果所确定的相关值大于或等于所述极限值，则识别出针阀行程止动。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述供电间歇期间观察所述电压信号(U)，将在所观察的区域中的电压信号(U)的曲线划分为上升区域和与之相连的高平区域，在所述高平区域形成电压平均值(40)，并确定在高平区域中所述电压信号(U)与所述电压平均值(40)的加权偏差的大小的和(k)，并且根据所确定的和(k)的数值识别针阀行程止动(14，21)。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，确定所述高平区域中的电压信号(U)与所述电压平均值(40)的平方偏差的和(k)。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其特征在于，所确定的和(k)与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的极限值相比较，并且如果所确定的和(k)小于或等于所述极限值，则识别出针阀行程止动器(14，21)。

26.根据权利要求16至25中任一项所述的方法，其特征在于，在供电间歇的起始点处确定电压信号(U)的第一电压值，并在所述供电间歇期间的较后的时间点处确定电压信号(U)的另一电压值，其中，根据所述第一电压值与所述另一电压值之间的差值(dU)而识别是否存在针阀行程止动。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在所述供电间歇的起始点处的、确定所述第一电压值的时间点位于所述卸载终止点(t₀)处或位于所述卸载终止点(t₀)之后或者位于所述加载终止点(t₅)处或位于所述加载终止点(t₅)之后。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在所述供电间歇的起始点处的、确定所述第一电压值的时间点处于这样的时间点(t₁；t₂；t₃)处，在所述时间点(t₁；t₂；t₃)处，所述电压曲线(U)的导数具有第一过零点。

29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，其特征在于，所述较后的、确定所述另一电压值的时间点处于所述加载开始点(t₄)之前不远处或处于所述卸载开始点之前不远处。

30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述较后的、确定所述另一电压值的时间点处于这样的时间点(t₁；t₂；t₃)处，在所述时间点(t₁；t₂；t₃)处，所述电压曲线(U)的导数具有第一过零点。

31.根据权利要求28和29所述的方法，其特征在于，将所确定的电压差值(dU)与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的所述极限值相比较，并且如果在所述供电间歇开始点(t₁；t₂；t₃)处的所述第一电压值大于在较后的时间点(t₄)处的所述另一电压值，并且所确定的电压差值(dU)的大小大于或等于所述极限值，则识别出未触及所述针阀行程止动器。

32.根据权利要求28和29所述的方法，其特征在于，将所确定的电压差值(dU)与预先依赖于所使用的喷射阀类型而确定的所述极限值相比较，并且如果在所述供电间歇开始点(t₁；t₂；t₃)处的所述第一电压值小于在较后的时间点(t₄)处的所述另一电压值，并且所确定的电压差值(dU)的大小大于或等于所述极限值，则识别出所述喷嘴针阀(13)被过于强烈地牵引至针阀止动器(14，21)处。

33.根据权利要求16至32中任一项所述的方法，其特征在于，该方法作为计算机程序加以实现，所述方法可在控制装置(20)上执行以用于操控带有压电式促动器(12)的燃料喷射阀(10)。

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