CN103492695A - 用于运行压电致动器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行压电致动器（12）的方法，可借助控制信号操纵所述压电致动器。可以在被动的运行方式中和主动的运行方式中运行所述压电致动器。如果所述压电致动器（12）处于被动的运行方式中，则在无按照功能的操纵要求的情况下操纵所述压电致动器（12）。

Description

用于运行压电致动器的方法和设备

技术领域

本发明总地涉及一种用于运行压电致动器的方法。此外，本发明涉及一种用于运行压电致动器的设备。最后，本发明涉及一种具有这类设备的内燃机。

背景技术

对于压电致动器，存在众多技术应用，例如作为用于控制燃料喷射***中的喷油嘴的阀针的位置的压电致动器。已知的压电致动器的基体通过压电陶瓷构成，所述压电陶瓷由于在施加电压或施加负荷时的压电效应而延展。

目前为止，使用压电陶瓷时的问题在于，压电陶瓷对温度波动具有一定的灵敏性。在实践中，压电致动器上经常的温度变化影响压电致动器的效率，使得致动器冲程随时间而降低。在使用压电致动器时，致动器冲程的降低在喷油嘴中引起阀针的闭合时刻和打开时刻的移位和因此最终引起错误的喷油量。

DE 10 2004 018 211 A1描述一种压电致动器，其操纵燃料喷射设备的阀元件。将检查是否存在启动内燃机的期望并且在检查结果肯定的情况下要求压电致动器的极化。

发明内容

本发明的任务在于，提供用于运行压电致动器的方法和设备，由此实现一种借助低设备耗费而实际可行的解决方案来提高压电致动器的稳健性和延长压电致动器的使用寿命。

所述任务通过具有权利要求1所述的特征的方法和通过具有权利要求10所述的特征的设备解决。

所述方法用于运行压电致动器，可借助控制信号、尤其是控制电压操纵所述压电致动器。控制信号也可以是控制电流或控制电荷。可以在被动的运行方式中和主动的运行方式中运行压电致动器。在此，如果压电致动器处于被动的运行方式中，则操纵压电致动器。也就是说，换言之，单单为了抑制在上面描述的、在压电致动器的被动的运行方式中出现的不利效果而操纵压电致动器。在本申请的措辞中，术语“压电致动器的被动的运行方式”可以理解为压电致动器的以下运行方式，在所述运行方式中，压电致动器处于静止状态，即不要求按照功能的操纵（也就是说，没有在压电致动器上施加控制信号或在压电致动器上施加恒定的控制信号）。相应地，在本申请的措辞中，术语“压电致动器的主动的运行方式”可以理解为压电致动器的以下运行方式：在该运行方式中按照功能操纵压电致动器。

在根据本发明的方法的一种实施变型方案中，如果压电致动器处于被动的运行方式中达预先确定的持续时间，则操纵压电致动器。由此，可以限制被动运行阶段的最大持续时间，以便因此将其中出现先前描述的不利效果的时间尽可能保持得小。

为了在压电喷油嘴的被动运行的情况下确保压电喷油嘴的在老化和运行时期间的冲程能力，在根据本发明的方法的一种实施变型方案中，求取压电致动器的区域内的温度并且确定求取的温度的变化。在此，如果温度变化超过预先定义的值，则通过控制信号操纵压电致动器。

温度是测量技术上可相对较容易和精确地检测的参量，因此在根据本发明的方法的扩展方案中测量温度。

在根据本发明的方法的另一种扩展方案中，借助模型来计算温度。基于模型的计算具有以下优点：可以使用无论如何已经存在于车辆中的传感器的测量值。

因为温度交变应力恰恰在被动的运行方式（也称作“被动运行”）中特别不利地影响压电陶瓷的特性，所以在根据本发明的方法的实施变型方案中，有规律地检查压电致动器是否处于被动的运行方式中。

按照根据本发明的方法的一种扩展方案，预先定义的值通过温度差构成。第一时刻的第一温度值和第二时刻的第二温度值之间的温度差是针对压电致动器的热应力的、测量技术上可容易求取的度量。

在压电致动器的区域内的温度曲线的变化中，出现压电致动器的与温度变化速度成比例的热应力，所述热应力在喷油嘴中更长时间使用压电致动器的情况下，如上述那样导致喷油量的不可接受的不精确性。因此，在根据本发明的方法的一种实施变型方案中，预先定义的值通过温度变化速度（例如被定义为温度的时间导数）构成。

在根据本发明的方法的一种实施变形方案中，如果检测到一次或多次温度交变，则操纵压电致动器。由此阻止或至少降低在压电致动器的运行时期间冲程能力的损失。

此外，本发明涉及一种用于运行可借助控制信号操纵的压电致动器的设备，具有用于检测是在主动的运行方式中还是在被动的运行方式中运行压电致动器的装置，并且具有控制装置（24），所述控制装置被构造用于，如果压电致动器处于被动的运行中，则借助控制信号操纵所述压电致动器（12）。

在设备的优点方面，参考先前描述的根据本发明的方法，可以借助所述设备实施根据本发明的方法，其中得到先前描述的优点。应当理解，根据本发明的方法的特征、特性和优点也相应地符合或可应用于根据本发明的设备。

借助本发明主要实现的优点在于，本发明展示了一种有效的措施来预防压电致动器的使用寿命的威胁性的降低。

附图说明

图1示出根据本发明的喷油嘴的方框图；以及

图2示出根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出用于说明根据本发明的喷油嘴10的示例性作用方式的方框图。在此，以极度示意性的图示示出喷油嘴10的对于本发明的实施重要的部件。布置在内燃机内的压电致动器12被构造用于控制燃料喷射***中的喷油嘴10的阀针18的位置。压电致动器12在受控制的状态下间接通过布置在压电致动器12和喷嘴14之间的阀元件16作用于阀针18。显然也可以考虑，直接由压电致动器12操纵阀针18。压电致动器12由信号控制，所述信号可以是电信号、电压信号或电荷信号。

此外，所述装置10具有温度求取装置22，借助所述温度求取装置通过模型求取压电致动器12上的温度。

分析/控制装置24检查，由温度求取装置22求取的、在压电致动器12上的温度的变化是位于额定值范围内还是超出预先定义的额定值。此外，分析/控制装置24能够识别压电致动器12的不同的运行方式。为此，涉及压电致动器12的当前运行状态的数据通过数据线路26向分析/控制装置24传输并且由所述分析/控制装置分析以求取当前的运行方式。分析/控制装置24尤其能够通过数据的分析识别出压电致动器12的被动运行。

可以在主动的运行方式中和被动的运行方式中运行压电致动器12。主动的运行方式在此是以下运行方式：其中有规律地或持久地按照功能操纵压电致动器。被动的运行方式在此是以下运行方式：其中，压电致动器处于静止状态中，在该静止状态中不要求按照功能的操纵。在所述状态中，相应地不操纵压电致动器并且不使其运动。基于一系列可能的温度影响，当在被动运行方式中运行压电致动器时，尤其可能出现冲程能力的损失。这种温度影响可以是：高于临界的温度值的过度高的温度值、温度变化、一次性的温度交变或多个温度周期或多次温度交变。

在具有双重燃料喷射设备的内燃机（其中，借助第一喷油嘴以相对较高的压力直接喷射进燃烧室，并且借助第二喷油嘴以相对较低的压力来通过吸管喷射进进气通道）中，可以通过相应的运行方式切换来使用两种喷射类型的优点。

压电致动器12一般示出以下机械特性：在被动的温度交变应力的情况下失去冲程能力。在具有借助液体燃料和气体、尤其是液化石油气或天然气的可选运行的内燃机中，可能在纯气体运行中或通过内燃机的吸管喷射的运行中出现先前提到的问题。因此，在这类被动运行中，例如有规律地或在预先确定的条件下对压电致动器12进行操纵。所述操纵在无按照功能的操纵要求的情况下进行，仅仅为了防止上述缺点。预先确定的条件例如可以存在于确定数目的温度周期或温度交变中。也可以在预先确定的时间后，在不考虑温度的情况下操纵压电致动器12。

为此，分析/控制装置24被构造用于，如果识别出压电致动器12的被动运行并且同时温度变化偏离额定值范围或超出预先定义的额定值或预先定义的时间已过去，则控制和操纵压电致动器12。为了控制压电致动器12，通过压电致动器12引导电流20，所述电流的时间曲线具有定义的轮廓。通过通电来改变压电致动器12的延展并且由此操纵阀元件16和最后还操纵阀针18。

通过操纵阀针18，在阀针18的阀座与阀针18的上面部分之间形成压力差，所述压力差导致阀针18的打开。由此，可以在被动运行中防止冲程能力的变化。

图2示出根据本发明的、用于运行压电致动器12的方法的流程图。在开始步骤28中开始根据本发明的方法。在开始之后，首先在运行方式检查步骤30中检查压电致动器12是否处于被动运行中。在运行方式检查步骤30中的检查结果否定的情况下（也就是说，压电致动器12不处于被动运行中），在结束步骤32中结束所述方法。

在运行方式检查步骤30中的检查结果肯定的情况下，也就是说，如果已确定压电致动器12处于被动运行中，则所述方法转到温度变化检查步骤34。在温度变化检查步骤34中检查，压电致动器12上的温度变化是否位于预先确定的额定范围内或温度变化是否超出预先定义的额定值。

额定值可以涉及温度差delta T=T1-T2。在此，T1和T2是两个在不同时刻求取的温度值。两次测量之间的有意义的时间间距与诸如绝对温度或该温度的时间曲线的轮廓的伴随情况有关，并且可以由本领域技术人员选择，使得实现有说服力的结果。

额定值也可以涉及温度变化速度（dT/dt=温度的时间导数）。此外，可以在温度变化检查步骤34中检查，是否已检测到一次温度交变或预先定义的数目的温度交变。

在温度变化检查步骤34中的检查结果否定的情况下，周期性地一直重复温度变化的检查，直到温度变化偏离额定值范围或超出额定值或存在一次温度交变或预先确定的数目的温度交变。在温度变化检查步骤34中的检查结果肯定的情况下，以控制步骤36继续所述方法。在控制步骤36中，进行对压电致动器12的控制。可以作为主燃料喷射（气缸的燃料分布）的附加或作为对主燃料喷射的取代来进行对压电致动器12的控制。

尽管上面以喷油嘴中的压电致动器为例描述了本发明，但本发明绝不限于该应用领域。相反地，本发明基本上可应用于所有压电致动器受控的调整机构，例如应用于凸轮轴冲程调节所用的压电致动器。

Claims (11)

1.用于运行压电致动器（12）的方法，能借助控制信号操纵所述压电致动器，其中能够在主动和被动的运行方式中运行所述压电致动器（12），其中所述压电致动器在主动的运行方式中按照功能***纵并且在被动的运行方式中处于静止状态中，其特征在于，在所述被动的运行方式中，在无按照功能的操纵要求的情况下操纵所述压电致动器（12）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述压电致动器（12）处于被动的运行方式中达预先确定的持续时间，则操纵所述压电致动器（12）。

3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其中求取在所述压电致动器（12）的区域内的温度并且确定所求取的温度的变化，并且其中，如果该温度变化超过预先定义的值，则通过所述控制信号操纵所述压电致动器（12）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，借助温度检测装置检测所述温度。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，借助模型来计算所述温度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，有规律地检查所述压电致动器（12）是否处于所述被动的运行方式中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述预先定义的值通过温度差构成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述预先定义的值通过温度变化速度构成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，如果检测到一次或多次温度交变，则操纵所述压电致动器（12）。

10.用于运行压电致动器（12）的设备，能借助控制信号操纵所述压电致动器，所述设备具有用于检测是在主动的运行方式中还是在被动的运行方式中运行所述压电致动器（12）的装置，并且具有控制装置（24），所述控制装置被构造用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

11.内燃机，具有喷油嘴、压电致动器（12）和根据权利要求10所述的设备。

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