CN103403325B - 用于监控燃料喷射***的压电喷射器的状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控内燃机的燃料喷射***的、具有压电执行器和能够由所述压电执行器移动的喷嘴针阀的压电喷射器的状态的方法，所述压电喷射器能够在部分行程运行中和完全行程运行中运行。检测在部分行程运行中电气参数关于时间的曲线；求得所述曲线的最大值；求得恒定的参数值，所述参数值出现在得出最大值之后；求得得出最大值与达到恒定的参数值之间的持续时间；求得最大值与恒定的参数值之间的差值；借助所求得的持续时间和所求得的差值推断出所述压电喷射器的状态。

Description

用于监控燃料喷射***的压电喷射器的状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控压电喷射器的状态的方法，以及所述方法在机动车中如何与燃料喷射装置结合使用。

背景技术

这种压电喷射器具有压电执行器，所述压电执行器将电触发信号转换为机械往复运动。通过这种往复运动控制喷嘴针阀。利用所述喷嘴针阀通过喷嘴单元的喷射孔能够释放更多的或者更少的燃料流，以便能够以合适的方式和方法将所期望的、取决于电触发信号的燃料量喷射到车辆的汽缸中。

压电执行器具有以下特性，即在机械压力载荷下所述压电执行器输出电信号，从而其也能够被用作检测在压电喷射器中存在的压力用的传感器。通过对当前压力或者说压力变化以及由此产生的作用到压电元件上的力的这种检测能够推断出喷嘴针阀的往复运动。

此外，已经公开了一种在不同的时间在部分行程运行（Teilhubbetrieb）和完全行程运行（Vollhubbetrieb）中运行的、具有压电执行器以及能够由该压电执行器移动的喷嘴针阀的压电喷射器。在此，所述压电执行器由电压源、电流源和电荷源加载电荷量，所述电荷量具有取决于瞬时的喷射曲线要求的电压值并且使压电执行器膨胀，以便分别以要求的方式移动所述喷嘴针阀。在部分行程运行中只释放可能的穿流横截面的一部分，从而对流量进行节流，并且只有相对较少量的燃料量被喷入到相应的汽缸中，并且所述喷嘴针阀并非一直运动到其机械的止挡位置处。在完全行程运行中完全打开最大可能的穿流横截面，从而完全取消了节流，并且相对较多的燃料量被喷入到相应的汽缸中，并且喷嘴针阀位于其机械止挡位置处。

文献WO2009/010374A1公开了一种用于形成喷射脉冲的电控制信号的方法和装置。借助电控制信号的曲线并且根据轨道压力、行程路径（Hubweg）和/或燃料喷射器的打开持续时间调节燃料喷射器的喷射率。在此，可为至少一个有待喷射的部分量关于至少一个脉冲边沿（Impulsflank）和/或振幅方面自由地形成电控制信号的曲线。喷射脉冲的这种形成是如此进行的，即规定的有待喷射的燃料量与电控制信号的曲线无关地保持恒定。通过喷入的部分量，喷入的燃料量达到中间水平，保持所述中间水平用于预先规定的保持时间。

其他已知的用于内燃机的喷射***、尤其是那些具有压电驱动装置的喷射***所使用的方法用于改进喷射特性，其中在制造或者最终检验喷射器的框架中在工厂中进行基准测量（Referenzmessung），并且借助这些基准测量将得到的修正值涉及试样地（spezimenbezogen）与相应的喷射器一起提供。例如文献DE10215610A1和文献DE102004053266A1就公开了这种方法。

在将喷射器安装到内燃机中时，将所述的修正值传输到发动机控制设备中。因此，尤其是关于当今的废气立法规定有必要对相应喷射器和相应所属的修正值之间的关联性（Zusammengeh?rigkeit）加以明确说明。此外，建立修正值矩阵并且将这些值传输到控制设备要求执行多个工作步骤，这会造成不可忽略的时间花费。

原则上讲，如此调节内燃机的喷射特性，从而关于废气排放和燃料消耗遵守现行的法律规定。在当前使用其它的传感器，例如汽缸压力传感器和/或爆震传感器（Klopfsensor）的情况下，就可保证遵守这些法律规定。

在文献DE102010040253.2A中描述了一种用于监控燃料喷射***的、具有压电执行器和能够由所述压电执行器移动的喷嘴针阀的压电喷射器的状态的方法，其中压电喷射器能够在部分行程运行中和完全行程运行中运行。在这种方法中检测部分行程运行时的压电喷射器的电测量值，将检测到的电测量值与所属的比较值进行比较，并且从比较结果中推断出压电喷射器的状态。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于监控燃料喷射***的压电喷射器的状态的改进的方法。

该任务通过一种用于监控内燃机的燃料喷射***的压电喷射器的状态的方法来完成，所述压电喷射器具有压电执行器以及能够由该压电执行器移动的喷嘴针阀，其中所述压电喷射器能够在部分行程运行中并且能够在完全行程运行中运行，其中检测在部分行程运行中电气参数关于时间的曲线；求得所述曲线的最大值；求得恒定的参数值，所述参数值出现在得出最大值之后；求得得出最大值与达到恒定的参数值之间的持续时间；求得最大值与恒定的参数值之间的差值；借助所求得的持续时间和所求得的差值推断出所述压电喷射器的状态。

在从属权利要求中对本发明的有利的设计方案和改进方案进行说明。

本发明的优点在于，在使用本发明要求保护的、用于监控压电喷射器的状态的方法的情况下得到一些新的信息，所述新的信息充分描述了喷射***的状态，以便满足法律的规定。

根据本发明的方法尤其能够与设有压电共轨喷射***（Piezo-Commen-Rail-Einspritzsystem）的自行点火的内燃机结合使用。根据本发明的方法特别有利地适合于在部分行程喷射的所有应用情况中的一个部分行程喷射期间的连续监控。该方法是按照被动的观察者的角度设计的，并且不受特别的工作条件或者环境条件的约束，因此不必等待直到有合适的运行条件，并且也没有必要要求内燃机的一种特别的运行方式，以便能够实施本发明要求保护的方法。

附图说明

下面借助附图对本发明进行示范性的阐释。附图示出：

图1是用于阐释压电喷射器的结构的简图，在所述压电喷射器中能够使用根据本发明的方法；并且

图2是用于说明在压电执行器上存在的电压关于时间的曲线的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种压电驱动的燃料喷射器的状态或者说根据规定的功能的监控装置，所述燃料喷射器尤其是通过压电元件直接驱动喷嘴针阀、并且调节针阀行程位置的喷射器。

图1示出了用于阐释在其中能够应用本发明的方法的压电喷射器的结构的简图。所示出的压电喷射器具有带有管状弹簧的压电执行器1、管脚2、杠杆壳体3、罩4、杠杆5、垫片6、喷嘴针阀弹簧7、喷嘴针阀8和喷嘴体9。

压电执行器1由许多单个的薄层构成。在加载电压时这些薄层发生膨胀，也就是说它们将所施加的电压转变为机械功或者能量。相反地压电执行器的机械影响会引起能够测量的电信号。压电执行器的可达到的膨胀取决于以下参数：其名义长度、其层的数量、所进行的极化（Polarisierung）的品质以及其有效表面与其整个表面之比。如果对压电执行器进行加载，那么对于相应的喷射的持续时间来说所述压电执行器保持其达到的膨胀状态。

在图1中所示出的实施例中所涉及的是一种压电喷射器，在所述压电喷射器中，通过压电执行器1直接驱动喷嘴针阀8。为此目的，所述压电执行器1通过管脚2、罩4和杠杆5直接与喷嘴针阀8连接，其中它们是刚性的、形状配合连接的耦合元件。通过所述喷嘴针阀与压电执行器的这种直接的连接能够可逆地将力从针阀运动引入到压电执行器中，这种力引入可在电容曲线中看到。每次将力引入到压电执行器中都以所测量的电容的变化表现出来。

喷嘴体9根据温度膨胀。喷嘴针阀弹簧7的目的在于将喷嘴针阀8保持在其底座中。所述喷嘴体9沿其纵轴线方向的膨胀、即所谓的喷嘴伸长影响最大的针阀行程。在图中未示出的轨道中产生的轨道压力也引起喷嘴体的伸长和喷嘴针阀的压缩（Stauchung）。

在针阀打开过程中首先通过通电对压电执行器1进行加载。在克服了空行程之后通过管脚2将压电执行器1的膨胀传递到罩4上，其中在杠杆壳体3中引导管脚2。罩4在两侧对称地压到杠杆5上，所述杠杆形成杠杆对。这些杠杆在垫片6上按照跷板（Wippe）的方式滚动。两个杠杆的相应的作用点位于喷嘴针阀8的刻痕（Einkerbung）中。

通过前述的机构将压电执行器1的轴向压力传递到喷嘴针阀8上。只要杠杆力大于弹簧力和液压力的总和，并且喷嘴体9的弹性不再引起具有喷嘴针阀的针阀底座的滞后（Nacheilen），那么喷嘴针阀就从其底座中升起。

在限定的例如100μm的路径之后，针阀挡块（Nadelanschlag）接触到垫片，所述路径为压力为200MPa时经过的路径。如是形成接触压力，所述接触压力反作用到压电执行器1上。

采用这种类型的压电执行器1只能部分地将喷嘴针阀8从其底座中升起，并且保持在所谓的部分行程中。在此，在喷嘴针阀和喷嘴体之间释放的穿流横截面比所有喷嘴孔的横截面的总和要小。

如上所述，在图1中所示的压电喷射器中，压电执行器1通过刚性的耦合元件2、4、5直接作用到喷嘴针阀8上，并且反之亦然。由此，通过测量压电执行器1上的电压就可检测到作用到喷嘴针阀8上的力。压电执行器具有在通过电气加载所达到的膨胀中至少如此长时间地保持当前的喷射过程所必需的特性。

此外如以上所述，在直接驱动的压电喷射器中能够在部分行程运行中运行所述压电喷射器，在所述部分行程运行中只能将喷嘴针阀从针阀底座中升起最大可能路径的一部分，并且保持在那里。

图2示出了用于说明在这样一种部分行程运行中在压电执行器上存在的电压U关于时间t的曲线的示意图。其中，沿横坐标为时间t，沿纵坐标为电压U。

从图2中可以看出，在压电执行器上存在的电压U取决于所释放的穿流横截面并且与燃料压力有关地具有显著的曲线，其中所述穿流横截面与针阀行程成比例。该曲线的特征在于，在部分行程喷射开始时形成最大值，并且在时间上在该最大值之后下降到在后来恒定的电压水平。代替这种测量的喷射器电压也可以使用所计算的能量或者所计算的电容作为参数。

此外从图2中还可以看出，能够从在那里示出的、电压关于时间的关系曲线中求得该曲线的最大值、在得出最大值之后出现的恒定的电压值、得出最大值与达到出现的恒定的电压值之间的持续时间D、以及最大值与之后出现的电压值之间的差值A。在此，所述的持续时间D和所述的差值A描述在图2中示出的平面F。该通过持续时间D和电压差值A所描述的平面F是用于通过针阀行程所得出的喷射率的尺度。

恒定的曲线的绝对电压水平与压电执行器的、直到实现喷射的总路径相互关联，也就是与空行程和实现的喷嘴伸长的总和相互关联。

在本发明中，在部分行程喷射的整个持续时间期间重复地检测相应的测量参数，在所示出的实施例中重复地检测在压电执行器上的电压。为此目的使用快速模数转换器（Analog-Digital-Wandler），借助所述模数转换器例如求得在5μs的时间间隔中的一系列（即40个）电压值。

上述用于平面F的独特的特征参量，也就是得出的最大值和达到随后出现的恒定的电压值之间的持续时间D、以及最大值与随后出现的电压值之间的差值A储存在存储器中，并且进行统计分析。由测试台架测量和上述在有待检验的压电喷射器上进行的测量形成期望值，并且进行调节值比较和梯度比较，以便推断出相应压电喷射器的状态的结论。

此外，优选在评价压电喷射器的状态时也考虑当前的发动机状态的数据。这些数据包括瞬时转矩要求、发动机转速、冷却水温度和废气温度曲线。此外，优选将油箱填充状态显示的数值与当前的和之前的行驶循环进行相互比较。在此也应注意，在为车辆加注品质明显不同的燃料的情况下在所获得的测量信号曲线中会出现跃变。在分析测量结果时必须分择出（ausblenden）这种跃变，以便不以所不期望的方式将其登记到故障记录器。

从所述用于平面F的独特的特征参量中，也就是从得出的最大值和达到随后出现的恒定的电压值之间的持续时间D、以及最大值和随后出现的恒定的电压值之间的差值A中至少可得到如下的结论，即究竟是否将燃料喷入到内燃机的燃烧室中，并且渗透率是否在想要的范围中，或者明显过小，或者明显过大。

这些结论足够用于按照目前有效的规定的功能监控。

如上所述，如果也考虑描述瞬时发动机运行的参数、尤其是瞬时的转矩要求和瞬时载荷，并且也可将其它的测量参量、比如轨道压力和废气温度包含到对压电喷射器的状态的评价中，则也能够以有利的方式得出关于超出空行程的压电路径（Piezoweg）的原因的结论，例如得出所述原因在于产生的轨道压力或者所述原因在于喷嘴体的热膨胀的结论。

Claims (10)

1.用于监控内燃机的燃料喷射***的压电喷射器的状态的方法，所述压电喷射器具有压电执行器和能够由所述压电执行器移动的喷嘴针阀，其中所述压电喷射器能够在部分行程运行中和完全行程运行中运行，其特征在于，

-检测在部分行程运行中电气参数关于时间的曲线；

-求得所述曲线的最大值；

-求得恒定的参数值，所述参数值出现在得出最大值之后；

-求得得出最大值与达到恒定的参数值之间的持续时间；

-求得最大值与恒定的参数值之间的差值；

-借助所求得的持续时间和所求得的差值推断出所述压电喷射器的状态。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所求得的持续时间和所求得的差值推断出，是否将燃料引入到所述内燃机的燃烧室中。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助所求得的持续时间和所求得的差值推断出，燃料到所述燃烧室中的渗透率是在所期望的范围中，还是在所期望的范围之外。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了评价所述压电喷射器的状态考虑所述内燃机的其它参数。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它参数包括关于当前转矩要求和/或当前载荷的信息。

6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述其它参数包括关于轨道压力、废气温度、所述内燃机的转速、冷却水温度和燃料品质的信息。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，借助所述其它参数推断出超出空行程的压电路径的原因。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，求得轨道压力作为超出空行程的压电路径的原因。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，求得所述喷嘴针阀的热膨胀作为超出空行程的压电路径的原因。

10.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电气参数是在压电喷射器上存在的电压、能量或者电容。