专利名称：用于确定一种压电致动器的充电边界的方法和装置的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种用于确定至少一个喷油嘴的一个压电致动器的充电边界(Ladeflanke)的方法和装置，用此喷油嘴在高压状态下将流体量喷入到一个空腔、特别是一个内燃机的燃烧室中。
由DE 100 32 022 A1公开了一种用于确定一个喷油阀的一个压电致动器用的控制电压的方法，其中在下一个喷射过程之前首先间接地测量在液压耦合器中的压力。该压力是通过下述措施进行测量的压电致动器机械地与液压耦合器耦合，这样所述压力在压电致动器中压力感应出一种相应的电压。这种感应的电压在下一次喷入过程之前用于对致动器用的控制电压进行修正。这种类型的喷油嘴例如在蓄压管系统中使用。此外在液压耦合器中的压力也与蓄压管压力有关，这样控制电压根据蓄压管压力而变化。一个压电致动器的电压需求首先与阀门室中的压力有关，以及与压电致动器的纵向膨胀有关。为了使喷油嘴在一个工作点处按规定地进行工作而必需的电压就是所谓的电压需求、也就是电压和在确定一个与蓄压管压力成比例的力时的行程之间的关系。例如由DE 103 15 815.4已知，从最大致动器电压和稳定的终端电压之间的电压差值中推导出一个喷油嘴的实际电压需求。
也已知为了确定充电边界而测量放电过程即将开始前的致动器的电压，并且将其调节到一个额定值。为此将所谓的断路电压、也就是在达到该电压时充电过程就中断的电压作为调节参数。其中还附加地将充电边界的持续时间从通常100微秒调节到一个预先规定的数值。
此外，由未公开的DE 103 40 137.7也已知在放电过程即将开始前致动器的电压额定值对于每个喷油嘴单独地匹配于它的电压需求。
本发明的任务是在每个喷油嘴中如此地调节所述充电边界，即能使影响阀门运动的参数公差的影响尽可能地小，并且特别是与背景技术所公开的方法相比能降低这种影响。
本发明的优点该任务通过用于确定本文开头所述类型的一个压电致动器的充电边界的方法和装置如此来完成测定在所述断路电压阈值和一个稳定的终端电压之间的差值，并且将其调节到一个可规定的额定值。因此本发明的基本构思是，将断路电压阈值(也就是达到该电压时所述充电过程中断的电压)与所述稳定的终端电压(也就是放电过程即将开始前致动器的电压)之间的差值通过一个调节回路保持恒定。所述在所述断路电压阈值与放电过程即将开始前致动器的电压之间的差值是充电边界结束之后致动器的长度变化的标准，并且因此也是所述开关阀在充电边界结束之后直到达到它的行程挡块所必须走回的行程的标准。如果这个差值调节到一个恒定的数值，那么在充电边界结束时所有喷油嘴的开关阀分别到它们的行程挡块都具有一个统一的距离。
在一个优选的实施例中，通过在一个可规定的充电时间间隔内充电电流的变化将所述差值调节到一个可规定的额定值。通过恒定保持所述充电过程的持续时间来确保在控制开始后分别在一个规定的时刻使开关阀到行程挡块的一个统一的距离。这样，实际上与例如致动器空行程、致动器刚性、致动器-阀门传动链的刚性、阀门的阀座直径等无关地在每个喷油嘴中将开关阀的行程运动调节到一个相同的变化曲线，确切地说在此无需知道这些参数。通过这一措施也可以暗含地执行喷油嘴-电压平衡以及标准-电压校准。
在另一实施形式中，通过改变断路电压阈值而将所述断路电压阈值和放电过程即将开始前的致动器电压之间的差值调节到可规定的额定值。若充电电流的预先规定不能足够精细地进行量化，或者不能按照单独的喷油嘴规定，则这种实施形式特别合适。其中对一个已公开的、并因此不必附加地采集的参数进行修改也是有利的。
在这种情况下，最好通过改变充电电流附加地将充电时间调节到它的额定值。因此通过改变电流阈值将充电过程持续时间调节到一个额定值。在这种情况下所调节的充电持续时间的精确度仅与下述情况有关即电流阈值能规定到何等精度，并且这是否能喷油嘴单独地、并因此气缸单独地实现。
其它的优点和特征是本发明的实施例的下述说明书以及附示的主题。
附图示出图1已公开的喷油阀的背景技术的结构简图；图2控制期间致动器电压以及致动器电流与时间的曲线简图；图3使用根据本发明方法的调节装置的方框图；图4使用根据本发明方法的另一调节装置的方框图。
具体实施例方式
图1简图表示由背景技术已公开的具有一个中心孔的喷油阀1。在上部分中一个具有一个压电致动器2的伺服活塞3设置在所述中心孔中，其中伺服活塞3与致动器2固定连接。伺服活塞3向上关闭一个液压耦合器4，向下设置一个通往一个第一阀座6的连接通道的孔。在所述第一阀座中设置一个具有一个阀门关闭元件12的活塞5。在此实施例中阀门关闭元件12作为双重关闭控制阀形成。它也可以作为单关闭控制阀形成。当致动器2为静止状态时该阀门关闭元件关闭第一阀座6。当操作致动器2时、也就是当在接线柱+，-上施加控制电压U，致动器2操作伺服活塞3，并且通过液压耦合器4将具有关闭元件12的活塞5向一个第二阀座7的方向挤压。在第二阀座的下面，在一个相应的通道内设置一个喷油嘴针阀11，该针阀按照所施加的控制电压U关闭或者打开在一个高压通道(蓄压管压力)13中的流出。所述高压是通过待喷入的介质、例如内燃机的燃油通过一个注入管道9输送的。通过一个注入节流阀8和一个排出节流阀10控制朝喷油嘴针阀11和液压耦合器4方向的介质的流入量。其中，液压耦合器4有一个任务，即一方面加大活塞5的行程，另一方面是使控制阀脱离致动器2的静态温度膨胀。在此未示出耦合器4的再次注满。
下面更加详细地叙述喷油阀的功能方式。当每次控制致动器2时，伺服活塞3朝向液压耦合器4的方向运动。在这种情况下具有关闭元件12的活塞5也朝第二阀座7的方向运动。其中通过泄油缝隙将存在于液压耦合器4中的介质、例如燃油的一部分压出。因此在两次喷射之间液压耦合器4必须重新注满，以得到它的功能的可靠性。
通过注入管道9存在一个高压，例如在蓄压管系统中该压力可以在200和2000巴之间。这个压力对喷油嘴针阀11施加作用，并且使它保持关闭，这样无燃油可以流出。当现在由于控制电压U而使致动器2被操作，并且由此关闭元件12朝第二阀座的方向运动，则高压区的压力下降，并且喷油嘴针阀11将喷油通道敞开。用P1表示液压耦合器4中存在的所谓耦合器压力。在无控制电压U时在耦合器4中为一个稳定压力P1。在致动器2放电后耦合器压力P1近乎为零，通过重新注入而提高该压力。
致动器2的行程和力与用于给该致动器2充电的电压有关系。因为力与蓄压管压力成正比，所以用于为了可靠地达到阀座7而需要的致动器行程的电压必须与蓄压管压力有关地相适配。喷油阀或者喷油嘴1在一个工作点处按规定地工作所必需的电压是所谓的电压需求，这就是电压和与蓄压管压力成比例的某个力的情况下的行程之间的关系。从DE 103 158 15.4中得知，如何从最大致动器电压和稳定的终端电压之间的电压差中推导出一个喷油嘴的各单个的实际电压需求。
图2为致动器电压以及致动器电流与时间的关系简图。
在
背景技术：
已公开的用于确定充电边界的方法中，测量即将开始放电过程之前的致动器2的电压U调节，并且将其调节到额定值。在此所谓的断路电压阈值U断路、也就是在达到该电压时充电过程中断的电压，用作调整参数。附加地将充电边界的延续时间从通常的100微秒调节到一个额定值ΔtL。这种调节是通过控制或者调节充电电流的开关阈值Is进行的，因此该开关阈值用作调节参数。为了改变充电时间ΔtL也改变充电电流I。
本发明的基本构思是，代替放电过程即将开始前的致动器2的电压地通过一个调节回路使断路电压阈值U断路和放电过程即将开始之前的致动器2的电压之间的差值保持为恒定，第二方面是通过控制或者调节使充电边界的持续时间保持恒定。断路电压阈值U断路和放电过程即将开始前的致动器2的电压U调节之间的差值对此提出一个标准在充电边界结束后致动器2的长度还怎样变化；因此又对此提出一个标准在断路边界结束之后在达到它的行程挡块之前开关阀12还要走什么样的回程。若将这个差值调节到一个恒定值，则在充电边界结束时所有喷油嘴的开关阀距离它们的行程挡块都具有一个统一的距离。此外，即使在将充电过程的持续时间保持恒定时也能保证在控制开始后在各规定的时刻达到这个统一的距离。这样，开关阀12的行程运动实际上与这些参数无关例如致动器-空行程、致动器刚性、致动器-阀门传动链的刚性、阀门的阀座直径等。或者不同的喷油嘴的开关阀运动分别调节到一个相同的变化曲线上，也可用其它的形式表示，确切地说，就是不必知道这些参数。
在图3中所示的一个实施例中，通过改变调节参数Is而对断路电压和在放电过程即将开始前的致动器2的电压之间的差值进行调节，其中通过在可规定的时间期间ΔtL完成以后结束充电过程来固定地调节充电边界的持续时间。为此为调节参数Is设置一个用于预控制的线路结构单元310。蓄压管压力P蓄压管作为输入参数输送到该线路结构单元。此外，还设置一个线路结构单元320，该线路结构单元形成一个用于在断路电压U断路和放电过程即将开始前致动器2的电压U调节之间的差值调节器。一个可规定的额定值作为输入参数输送给该线路结构单元。线路结构单元310和320的输出值相加，并且输送到一个控制组件330。该控制组件又控制一个压电末端级335。该压电末端级提供致动器2的致动器电压U和致动器电流I。除此之外，压电末端级335还提供断路电压U断路以及在放电过程即将开始前致动器2的电压U调节。它们的差值在一个开关点340中形成。这个差值输送到线路结构单元320。现在通过改变调节参数Is进行调节。当电流的调节参数增大时给致动器2充电的电压也增大，充电过程结束后阀门的剩余行程下降，因此待调节的电压差也下降。因为在这种情况中断路电压U断路不是从外部规定的，而是根据充电电流Is和充电时间ΔtL调节出来的，因此必须在充电过程结束时测量该电压，并且必须然后将这个测量值当作断路电压阈值使用。此外前提条件是，调节参数Is的调节可以足够精细地量化，并且可以按单独的喷油嘴并因此按单独的气缸进行规定。
在图4中所示的另一实施例是表示通过改变已知的断路电压阈值U断路本身来对于在断路电压阈值U断路和在放电过程即将开始前致动器2的电压U调节之间的待调节的电压差进行调节。所述断路电压阈值U断路的变化要求充电过程的变化。由于这个原因在图4中所示的线路结构单元具有一个用于充电时间的调节器410，可向该线路结构单元提供一个预先规定的额定值。其中，也在该装置中设置了一个用于预先控制电流阈值Is的线路结构单元420，该电流阈值作为输入参数提供给蓄压管压力P蓄压管；还设置了一个线路结构单元430，该线路结构单元包含一个用于断路电压阈值U断路和在放电过程即将开始之前致动器2的电压U调节之间的差值的调节器；此外还设置一个用于预先控制断路电压阈值U断路的线路结构单元440。在一个开关点450中，所述由调节器430输出的数值和由用于断路电压的预控制器440输出的数值U断路相加，并且将断路电压阈值U断路的这个数值输送给一个控制组件460，该控制组件通过一个压电末端级465控制致动器2，这就是说提供致动器电压U和致动器电流I以供使用。此外，压电末端级465还输出一个用于充电过程的持续时间的信号，该信号输送给形成用于充电时间的调节器的线路结构单元410。此外，正如已联系图3所描述的，断路电压阈值U断路以及在放电过程即将开始前的致动器2的电压U调节在一个开关点470中彼此相减，并且将这个差值输送给线路结构单元430，而该单元包含用于所述断路电压阈值和放电过程即将开始前的电压U调节的差值的调节器。现在通过线路结构单元410通过改变电流阈值Is将充电过程持续时间ΔtL调节到一个预先规定的额定值。在这种情况中，只有被调节的充电持续时间的精确度才与电流阈值Is能够预先规定到什么样精确度有关，以及与此相关这是否可以喷油嘴单独地并因此气缸单独地实现。然而通过这一措施并不损害用于电压差值的调节回路的精确性。
在这些图3和图4中所示的实施形式的一个方案中，只有当一个调节条件得到满足时才有效地接通用于差值U断路-U调节的调节回路，该调节条件例如是检查控制持续时间是否超过一个阈值，或者喷油量额定值是否超过一个喷油量阈值。在无效的调节器中所述调节参数作为当时占优势的蓄压管压力的函数被“冻结”起来。通过这一措施就可避免这种调节对于在充电过程结束后在致动器2的电压变化曲线中反映出来的致动器2的几百微秒的持续的过渡振荡有反应。
此外还可以规定为用于调节差值U断路-U调节的各调节参数建立一个与蓄压管压力有关的诊断阈值，在达到该阈值时识别出所属的喷油嘴有故障。这种信息可通过一个诊断接口、例如在维修内燃机时读出来，这样可大大简化故障的寻找。
权利要求
1.用于确定至少一个喷油嘴的一个压电致动器(2)的充电边界的方法，采用此喷油嘴将高压下的一种流体量喷入到一个空腔中、特别是喷入到一个内燃机的一个燃烧室中，其特征在于，将在一个断路电压阈值(U断路)和一个在放电过程即将开始前的致动器(2)的电压(U调节)之间的差值调节到一个可规定的额定值。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述在断路电压阈值(U断路)和放电过程即将开始前致动器(2)的电压(U调节)之间的差值调节到所述可规定的额定值是通过在充电时间的一个可规定的间隔(ΔtL)内改变一个充电电流阈值(IS)来实现的。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述在断路电压阈值(U断路)和放电过程即将开始前致动器(2)的电压(U调节)之间的差值调节到所述可规定的额定值是通过改变所述断路电压阈值(U断路)来实现的。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，通过改变充电电流阈值(IS)来改变充电时间(ΔtL)，或者将该充电时间调节到一个额定值。
5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将充电电流阈值(IS)和/或充电时间(ΔtL)和/或断路电压阈值(U断路)与可规定的诊断阈值进行比较，当达到该诊断阈值时则识别出该喷油嘴有故障。
6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，只有当一个调节条件得到满足时才对所述断路电压和放电过程即将开始前的电压之间的差值进行调节；而当该调节条件没有得到满足时，所述调节参数的数值分别用作调节回路的调节参数，当内燃机最后在实际的蓄压器压力区域以满足的调节条件工作时所述调节参数的数值曾经是有效的。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述控制持续时间和控制持续时间阈值的比较结果作为调节条件。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，当控制持续时间大于控制持续时间阈值时所述调节条件得到满足。
9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述喷油量的额定值和一个喷油量阈值的比较结果用作所述调节条件。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，当喷油量额定值大于喷油量阈值时所述调节条件得到满足。
11.用于确定至少一个喷油嘴的一个压电致动器(2)的充电边界的装置，使用这种喷油嘴将高压下的一个流体量可喷入到一个空腔中、特别是可喷入一个内燃机的一个燃烧室中，其特征在于一个线路结构单元，用于将一个断路电压阈值(U断路)和放电过程即将开始前的致动器(2)的一个电压之间的差值调节到一个可规定的额定值。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定至少一个喷油嘴的一个压电致动器(2)的充电边界的方法，使用该喷油嘴将高压下的流体量喷入到一个空腔中、特别是喷入到一个内燃机的燃烧室中，其特征在于，将一个断路电压阈值(U
文档编号F02D41/20GK1922397SQ200580005142
公开日2007年2月28日 申请日期2005年1月4日 优先权日2004年2月18日
发明者W·施特克莱因, H·拉普, K·萨特, A·劳 申请人:罗伯特·博世有限公司