本发明涉及一种用于监控压电喷射器的工作操作的方法。
已知致动燃料喷射系统的喷射阀，使得所述阀非常准确地在特定的时间点再次打开和关闭，以便在压力下非常准确地将特定量的燃料喷射到燃烧发动机的气缸中。以这种方式，并且可能还借助于除了在喷射循环内的主喷射之外的附加的预喷射和/或后喷射，能够增加燃烧发动机的效率，并且同时能够减少排气和噪音排放。
经常也被称为喷射器的喷射阀包括关闭元件，该关闭元件能够借助于驱动装置运动以打开和关闭喷射器。在不进行喷射的喷射器的关闭状态下，关闭元件处于关闭位置，在关闭位置中，其关闭喷射器的所有喷射开口。借助于该驱动装置，关闭元件能够从其关闭位置开始升高，以便以这种方式打开至少一些喷射开口并产生喷射。
关闭元件经常包括喷嘴针阀或者被设计为喷嘴针阀。在其关闭位置中，所述喷嘴针阀通常坐置在喷射器的所谓的针座上。喷射器的驱动装置包括用于移动关闭元件的致动器，该致动器通常被设计成根据关闭元件的控制信号将关闭元件从关闭位置升高到升高的高度，以将关闭元件保持在所述升高的高度和/或将关闭元件移回到关闭位置中。例如，所述致动器能够是压电元件，其由于充电或放电过程而膨胀或收缩并以这种方式产生关闭元件的提升或关闭运动。也被称为压电致动器的这种致动器特别适合于关闭元件的准确且无延迟的移位。对于所谓的直接驱动的压电喷射器尤其如此，利用该压电喷射器能够在压电致动器与关闭元件之间实现直接且无延迟的力传递。
压电喷射器具有工作循环。所述工作循环在机动车辆的整个操作寿命期间必须是可再现的并且被精确地维持。相关要求由国家立法以及喷射系统的制造商的客户定义。适用的标准是例如欧洲的un/ecer83和加利福尼亚市场的加利福尼亚州法规第13号，1968.2。
必须能够快速且可靠地检测机动车辆的喷射系统的数据与相应的现有要求的暂时和永久的偏差。否则，可能发生大大增加的有害排放物。其也能够导致相应的机动车辆在发动机损坏的情况下停车。
无论如何，在机动车辆的操作期间，为了致动压电喷射器的目的，需要非常准确地了解所述压电喷射器的参数。所述参数通常以特性场等的形式，被储存在机动车辆的控制单元的存储器中，并且在存在不同的操作条件的情况下在机动车辆的操作期间必须非常准确地遵循。
先前已知的用于诊断压电喷射器的方法监控相应的控制单元的输入变量和存在的控制器的数据。在直接驱动的压电喷射器的情况下，致动器也作为传感器操作。压电喷射器的打开和关闭时间点从测量的电压曲线计算。对于它们来说，在这方面使用的算法需要知道压电喷射器的某些数据。例如，如果压电喷射器的电容由于压电喷射器中发生的短路或者压电喷射器的触点变松而改变，则可能检测到错误的关闭时间点，这些时间点通过先前已知的诊断方法被认为是有效的。
本发明的目的是指出能够消除先前指出的缺点的方式。
该目的通过具有权利要求1中详细说明的特征的方法来实现。本发明的有利设计和发展在从属权利要求中被详细说明。
本发明的优点尤其在于以下事实：通过根据本发明的方法，改善了对压电喷射器的工作操作的监控。例如，压电喷射器的故障被可靠且迅速地检测。此外，压电喷射器的先前不存在的参数能够通过根据本发明的方法针对压电喷射器的任何工作循环被确定，并且能够用于调整或控制压电喷射器的储存的模型参数。进一步，能够使用所确定的参数来执行对压电喷射器的致动电流和致动电压的必要调整。
使用附图由下面的示例性描述得出本发明的其他有利性能。在图中
图1示出了压电喷射器的草图，
图2示出了压电喷射器的模型的框图，
图3示出了建模为弹簧质量系统的图2的机械装置的草图，
图4示出了与本发明一起使用的压电喷射器的模型的框图，及
图5示出了用于描述监控压电喷射器的工作操作的方法的流程图。
图1示出了燃料喷射系统的压电喷射器的草图。所表示的压电喷射器10包括喷射器主体14。喷射器主体14优选地被实施成多部件形式并且包括第一腔16。第一腔16能够联接到未示出的流体的高压回路。当安装压电喷射器10时，其连接到高压回路。
压电喷射器10包括驱动机械装置50，驱动机械装置50包括致动器22、杠杆机械装置26、引导元件54和挺杆52。
致动器22例如设置在喷射器主体14的第二腔20中。致动器22被实施成提升致动器并且是包括压电元件的堆叠的压电致动器。压电致动器根据施加的电压信号来改变其轴向范围。
致动器22包括活塞24。致动器22经由活塞24作用在杠杆机械装置26上。杠杆机械装置26包括例如钟形主体28和杠杆元件30。钟形主体28和杠杆元件30设置在第一腔16中。钟形主体28联接到杠杆元件30。此外，阀针32设置在第一腔16中。阀针32包括针头部34。杠杆元件30与针头部34一起起作用以使阀针32发生轴向移位。
喷嘴弹簧36设置在用于喷射器主体14的支撑件42与阀针32的突起44之间。阀针32借助于喷嘴弹簧36偏置，使得当处于关闭位置时，如果在喷嘴针阀32上没有进一步的作用力，则其防止流体流动通过设置在喷射器主体14中的至少一个喷射开口40。在致动所述致动器22时，喷嘴针阀32从其关闭位置移位到打开位置中，在所述打开位置中，其允许流体流动通过至少一个喷射开口40。
挺杆52设置在致动器22和杠杆机械装置26之间，以便能沿驱动机械装置50的纵向轴线l的轴向方向运动。挺杆52在其表面的特定子区域中包括凹部，且在第一接触区域中联接到致动器22并且在第二接触区域中联接到杠杆机械装置26的钟形主体28。挺杆52优选地包括圆筒形的横截面区域。挺杆52在另外的实施例中也能够包括其他合适的形式。
引导元件54设置在致动器22和杠杆机械装置之间。引导元件54例如是喷射器主体14的一部分。引导元件54被实施并设置成在子区域中轴向地引导挺杆52。为此目的，引导元件54包括例如引导孔洞。
在图2中示出了图1中所示的压电喷射器的简单模型的框图。它包括电容c1和与其并联设置的机械装置，其中，流动通过电容c1的电流由i1表示，并且流动通过机械装置的电流通过ip表示。电容c1和机械装置的并联电路连接到向所述并联电路提供电流i的电压源u0。
图2中示出的机械装置能够以简化的形式被建模为具有质量m、弹簧、摩擦r、力f和伸长率x的弹簧质量系统。图3示出了这种弹簧质量系统的草图。
以下关系适用：
f=m•d2x/dt2+r•dx/dt+d•x,
其中，
f是力，
m是质量，
t是时间，
r是摩擦，
d是压电弹性及
x是伸长率。
对于机械部分，能够导出电气等效。
对于所述机械部分的阻抗，以下适用：
zp(jω)=jω•lm+1/(jω•cm)+rm。
这里lm是机械电感，对于其以下适用：
lm=m/(kg•km),
其中kg是发电机常数，且km是马达常数。
此外，cm是机械电容，对于其以下适用：
cm=kg•km/d。
进一步，rm是机械电阻，对于其以下适用：
rm=r/(kg•km)。
图4示出了与本发明一起使用的压电喷射器的模型的框图。除了上述的部件c1、lm、cm和rm之外，所述模型还包括与lm、cm和rm的串联电路并联设置的电阻rsc。所述电阻rsc是故障电阻。使用所述故障电阻的值，能够检测压电元件中是否存在非期望的电短路，诸如例如在个别压电层坏掉的情况下发生。
从根据图4的表示，能够得出针对复合电导（komplexenleitwert）的以下关系：
使用所述电导，能够确定以下参数：
对于频率ω=0，以下适用：
对于针对最大电导y的元件lm、cl和cm的谐振电路频率ω1，以下适用：
ωl=(cm/lm)1/2。
对于针对最小电导y的元件lm、cl和cm的谐振电路频率ω2，以下适用：
ω2=[(1/cl+1/cm)/lm]1/2。
此外，电容比能够如下确定：
对于电容cm，对于低频w→0，以下适用：
对于电阻rm，如果rsc→∞，则针对真实电导对于高频率ω→∞以下适用：
对于电感lm，以下适用：
对样本进行的调查研究产生了以下数值：
f1=12khz；f2=13khz；cm/cl=017；cm=7.4μf；
c1=1.3μf；rm=2欧姆；lm=24μh；cges=8.7μf；rsc→∞。
这里f1和f2是压电本征频率。
上述参数f1、f2、cm和lm能够在压电喷射器的操作期间监测，并且能够用于压电模型的参数识别。电阻rsc仅在出现故障时才存在。
图5示出了用于描述使用上述模型来监控压电喷射器的工作操作的方法的流程图。
在步骤s1中，执行对压电喷射器的致动电流i（t）和致动电压u（t）的测量。之后，在步骤s2中，执行致动电流和致动电压到频率范围的转换：
i(jω)=fft{i(t)}
u(jω)=fft{u(t)}。
然后在步骤s3中，执行从转换成频率范围的致动电流和转换成频率范围的致动电压形成复合电导：
然后在步骤s4中，执行从复合电导确定故障电阻：
rsc=y-1(ω=0)。
然后在步骤s5中，执行关于故障电阻rsc是否趋于无穷的询问：
如果不是这种情况，则该过程转到步骤s6，根据其将故障输入置于故障寄存器中。然后过程转到步骤s7，其中例如在机动车辆的显示器中执行故障指示或者启动其他措施。
另一方面，如果在步骤s5中检测到故障电阻rsc趋于无穷大，则过程转到步骤s8。在所述步骤s8中，执行对上述谐振电路频率ω1和ω2的确定，其中第一谐振电路频率ω1针对复合电导的最大值被确定，并且第二谐振电路频率ω2针对复合电导的最小值被确定。
然后，在步骤s9中，执行对电容比cm/c1的确定以及电容c1和机械电容cm的确定。
在此期间，首先通过频谱分析来执行对电容比的确定。通过考虑极限情况ω→0来确定机械电容cm。根据频率比和机械电容cm，c1借助于下述被计算：
在这种情况下，对于低频率ω→0，以下适用：
然后在步骤s10中执行对机械电阻rm的确定。对于高频率w→∞并且对于实际电导，如果rsc→∞，则以下适用：
最后，在步骤s11中，如下执行对机械电感lm的确定：
然后过程转到步骤s7，在步骤s7中，使用上述参数中的一个或多个来检测故障行为并且还可能修正压电喷射器的所述故障行为。
例如，从所确定的故障电阻得出关于存在故障的压电喷射器的结论-如上文已经提到的那样-并且启动对应的指示。此外，所确定的参数能够用于调整储存的特性场，其数据对应于压电喷射器的模型表示。进一步，所确定的参数还能够在发动机控制单元中被进一步处理，例如用于调整压电喷射器的致动电流、致动电压和/或致动周期。通过参数的所描述的确定和其在发动机控制单元中的进一步处理，燃料喷射系统的稳健性以有利的方式增加。
根据本发明的方法使得能够检测压电喷射器的老化过程并且实现违反规定的系统公差的及时且可靠的检测。
此外，上述方法提供故障电阻rsc、机械电容cm、电气电容c1、机械电感lm和机械电阻rm作为变量。所述各个变量中的每一个均能够用于诊断目的。