CN109072838B - 用于操作作为传感器的压电致动器的方法以及机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于操作在压电操作的喷射器中作为传感器的压电致动器的方法，其中，通过对压电致动器部分地充电来消除在所述压电致动器与伺服阀之间的气隙。在预期待测量的可用信号的位置处产生测量脉冲。然后，在相同的周期中生成与所述测量脉冲相对应的参考脉冲。通过从在所述测量脉冲期间测量到的致动器电压减去在所述参考脉冲期间测量到的致动器电压来获得电压信号差，所述电压信号差被用作压电致动器的力测量的可用信号，所述压电致动器作为传感器操作。另外，指定了机动车辆，所述机动车辆具有被设计成执行这样的方法的控制单元。

Description

用于操作作为传感器的压电致动器的方法以及机动车辆

技术领域

本发明涉及用于操作在压电操作的喷射器中、特别是在柴油机共轨喷射器中作为传感器的压电致动器的方法，其中，通过对压电致动器部分地充电来消除在压电致动器与伺服阀之间的气隙。

背景技术

标准喷射器，特别是柴油机共轨喷射器具有直接地或者间接地（在伺服操作下）激活喷嘴针阀的致动器。使用压电元件作为致动器在此具有如下优点：该压电元件也能够被用作传感器以便检测特征性事件，例如像喷嘴针阀的关闭时间。该信息能够被用于控制喷射器并且以这种方式改善喷射的准确性。

在压电伺服喷射器中，使用压电致动器来借助于逆压电效应打开伺服阀，这继而经由相对应的液力耦合器而引起喷嘴针阀的打开，并且因此引起燃料的喷射。如果压电元件未被用作致动器，则可以借助于直接压电效应来使用其作为力传感器。特别地，在该背景下，可以检测作用于伺服阀上的力，该力源自于当压电致动器与伺服阀接触时被布置在伺服阀下方的燃料室中的燃料压力。

然而，在非充电状态下，压电致动器不一定与伺服阀接触。在该背景下，在压电致动器与伺服阀之间存在气隙。为了执行力测量，压电致动器在此必须被充电到某个程度以便与伺服阀接触。由此使得压电致动器能够充当传感器，因此，对压电致动器的主动充电是必要的。然而，因此，在致动器处引起额外的电压振荡，该电压振荡降低了在力测量期间传感器的信噪比。这些电压振荡的振幅取决于众多因素，例如，压电驱动器的制造公差、压电致动器的充电量或者其温度。无论如何，这些振荡的振幅、频率和相位仅能够被困难地预测，并且在喷射器与喷射器之间、以及在操作点与操作点之间发生改变。

能够通过信号处理技术来有效地消除在远离存在于可用信号中的频率的特定频率处的噪声分量。然而，如果显著的噪声分量存在于频率范围中，而该噪声分量无法例如通过滤波而被去除，则必须接受低信噪比，从而最终导致所执行的测量的准确性水平更低。

在实践中，具有过低信噪比的喷射器在喷射器的生产线结束处必须被去除和丢弃。此外，在其使用寿命期间发展出过低信噪比的喷射器的那些压电元件失去了其充当传感器的能力。这由相应机动车辆的相对应的控制单元检测到，该控制单元经由相对应的车载诊断来指示该喷射器必须被替换。

发明内容

本发明基于使得在开头所描述的类型的方法可用的目的，其中，能够显著地减小由作为传感器操作的压电致动器所测量到的信号的噪声分量。

根据本发明，所述目的是通过指定类型的方法来实现的，该方法包括以下步骤：

在预期待测量的可用信号的位置处产生测量脉冲；

然后，在相同的周期中产生与测量脉冲相对应的参考脉冲；

从在测量脉冲期间测量到的致动器电压减去在参考脉冲期间测量到的致动器电压；以及

使用电压信号差作为所述压电致动器的力测量的可用信号，所述压电致动器作为传感器操作。

根据本发明，从由传感器所执行的力测量产生的可用信号因此与由压电致动器的部分充电产生的噪声分量分离。由于由部分充电产生的振荡的振幅、频率和相位仅能够被困难地预测并且在喷射器与喷射器之间、以及在操作点与操作之间发生改变，因此无法执行静态校正。相反，必须单独地对每个喷射器执行校正。

在预期可用信号的位置处产生根据本发明而产生的测量脉冲。例如，在该背景下，测量脉冲紧随在主喷射之后，其目的是不影响喷射本身，而是测量压电电压，例如，以便检测主喷射期间喷嘴针阀的关闭。

根据本发明，在产生测量脉冲之后，生成与测量脉冲相对应的参考脉冲。在此使用了这样的事实：在测量期间作用于压电致动器上的力保持稳定的情况下，能够第二次生成与测量脉冲相同的脉冲，并且特别是在相同的周期中后来的时间处生成，所述在测量期间作用于压电致动器上的力保持稳定的情况即例如如下情况：由于伺服阀在之前的某个时间已经被关闭，因此在伺服阀下方的燃料室中的燃料压力不改变并且处于轨压力水平。在该第二脉冲（参考脉冲）处，测量到的致动器电压仅包括由压电致动器的部分充电引发的噪声分量。在此选择该参考脉冲的致动参数，以使得其对应于测量脉冲的致动参数，即，充电电流、充电时间以及充电与放电之间的时间。

通过从测量脉冲的电压信号减去在参考脉冲期间记录的电压信号，可以显著地减小由压电致动器的充电产生的噪声振幅，其中，可用信号未受到显著影响，因为其仅存在于测量脉冲中。

然后，将所确定的电压差用作压电致动器的力测量的可用信号，所述压电致动器作为传感器操作。

根据本发明的方法因此使得可以改善作为传感器操作的压电致动器的能力。至少部分地消除了由压电致动器的必要部分充电产生的噪声分量造成的相对应的限制。根据本发明的方法显著地增加了这样的***中的信噪比，因为以独立的方式在特定参考脉冲上测量噪声分量，并且从包括可用信号与噪声分量的叠加的测量减去该结果。利用根据本发明的方法，可以独立于喷射器的对噪声振荡的敏感性地使用喷射器（特别是柴油机伺服喷射器）的压电致动器作为传感器，所述噪声振荡是由压电致动器的部分充电造成的。

根据本发明的方法具有一系列的优点。一方面，可以降低在喷射器的制造期间的不良率，因为不是必须丢弃具有低信噪比的喷射器。另一方面，在其使用寿命期间发展出过低信噪比的喷射器的压电元件不失去其充当传感器的能力。

一般而言，对于所有喷射器都获得信噪比增加引起更精确地检测喷射器的特征性性质的优点，所述信噪比增加是通过由充电所造成的噪声分量的减幅来引起的。

在根据本发明的方法中，优选地生成测量脉冲以便产生可用信号，该可用信号代表由于燃料室中的压力或者压力的改变引起的作用于伺服阀上的力或者力的改变。因此，能够显著更准确地借助于测量到的致动器电压或者测量到的致动器电压的改变来测量相对应的力或者力的改变，因为从所生成的信号去除了噪声分量。

根据本发明，所执行的信号校正（减去噪声分量）优选地动态地适应于相应操作点。

特别地，使用根据本发明的方法来检测在主喷射期间喷嘴针阀的关闭。因此生成相对应的测量脉冲以便检测作为喷射器的特征性事件的该事件。

在根据本发明的方法中，在所执行的测量之后，优选地执行数字信号处理。

本发明还涉及机动车辆，该机动车辆具有被设计成执行上文描述的方法的控制单元。

附图说明

下文结合附图参考示例性实施例来详细阐释本发明。在附图中：

图1在图中示出了具有测量脉冲和参考脉冲的典型喷射模式的压电电压作为时间的函数；

图2示出了具有测量脉冲位置的改变的与图1相对应的图；

图3示出了信号振幅的作为时间的函数的图，其代表具有高信噪比的喷射器的测量脉冲的经处理的信号，其中，不同的曲线与测量脉冲的不同位置相对应；

图4a示出了与图3相对应的图，其示出了具有相对低信噪比的喷射器的测量脉冲的经处理的信号，其中，不同的曲线代表测量脉冲的不同位置；

图4b示出了与图4a相对应的图，其示出了参考脉冲的经处理的信号；以及

图4c示出了与图4a和图4b相对应的图，其示出了测量脉冲与参考脉冲之间的差的经处理的信号。

具体实施方式

图1用测量脉冲和参考脉冲示出了典型喷射模式的图。在该背景下，假定了第一预喷射、第二预喷射和主喷射。在预期待测量的可用信号的位置处产生测量脉冲。然后，产生与测量脉冲相对应的参考脉冲。

图2在相对应的图中示出了测量脉冲的位置的改变。

图3示出了具有高信噪比的喷射器的测量脉冲的经处理的信号。不同的曲线涉及测量脉冲的不同位置（在这方面也参见图2）。

这是这样的喷射器：其信号仅具有非常小的由于压电致动器的充电而产生的噪声。这能够从这样的事实被认识到：当测量脉冲的相对位置改变（针阀的关闭与由充电所引发的噪声分量之间的相位关系改变）时，最大值（针阀的关闭）的振幅在很大程度上不会改变。

另一方面，图4a示出了具有显著噪声分量（即使在处理信号后）的喷射器的相对应的曲线，该噪声分量被叠加在针阀的关闭的有用信号上。这从曲线的绝对最大值的改变的振幅显而易见。在图4a中所示出的曲线中，横穿（traversieren）相对应的噪声频谱的基本上一个周期（周期长度~ 150 μs→噪声频率~ 6.7 kHz）。

图4b示出了在图4a中产生的示例的参考脉冲的经处理的信号。

在图3和图4a至图4c中，时间轴的零点指测量脉冲或者参考脉冲的充电过程的结束时间。

因为测量脉冲的位置移动，所以与针阀的关闭相对应的所示出的曲线的最大值移动，但是针阀的关闭的位置保持不变。

在此处所讨论的方法中，从在测量脉冲期间测量到的致动器电压减去在参考脉冲期间测量到的致动器电压，并且将所获得的电压差用作压电致动器的力测量的可用信号，所述压电致动器作为传感器操作。相对应的信号差被呈现于图4c中。该图示出了针阀关闭信号的信号振幅的低得多的改变。相对应的信噪比与如图3中所图示的基本上不具有噪声分量的喷射器的信噪比相当。

Claims (6)

1.一种用于操作在压电操作的喷射器中作为传感器的压电致动器的方法，其中，通过对压电致动器部分地充电来消除在所述压电致动器与伺服阀之间的气隙，所述方法具有以下步骤：

在预期待测量的可用信号的位置处产生测量脉冲；

然后，在相同的周期中产生与所述测量脉冲相对应的参考脉冲；

从在所述测量脉冲期间测量到的致动器电压减去在所述参考脉冲期间测量到的致动器电压，以获得电压信号差；以及

使用所述电压信号差作为所述压电致动器的力测量的可用信号，所述压电致动器作为传感器操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述测量脉冲以便产生可用信号，所述可用信号代表由于燃料室中的压力或者压力的改变引起的作用于所述伺服阀上的力或者力的改变。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，被执行的信号校正动态地适应于相应操作点。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成所述测量脉冲以便检测在主喷射期间喷嘴针阀的关闭。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在测量之后执行数字信号处理。

6.一种机动车辆，其特征在于，所述机动车辆具有被设计成执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法的控制单元。

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