专利名称：内燃机的喷射装置和喷射方法
技术领域：
本发明涉及按权利要求1或者权利要求7的前序部分所述的一种用于一内燃机的喷射装置以及一种驱动一喷射装置的方法。
这种喷射装置以及这种喷射方法例如在DE 100 15 740 A1中公开了。在这种已知的技术中，喷射器装置包括至少一个伺服喷射阀，其可以借助于一压电致动器操纵，以便通过降低控制室中的压力使得伺服阀喷油嘴体(喷油嘴针阀)向着打开喷射通道的方向运动以起动喷射过程，喷射通道设置在伺服喷射阀的喷油嘴腔和所涉及的内燃机的燃烧室之间。
使用借助于压电致动器操纵的伺服喷射阀的主要优点在于，利用压电致动器的较小的升程可以实现喷油嘴体的一种与此无关的通常放大了数倍的升程(升程传动比)。另外在此还有以下优点，喷油嘴体的打开和关闭喷射通道的运动通过燃料压力驱动，燃料为了喷射入燃烧室中本来就在喷射阀的区域中处于较高的压力下。在此具有较小的升程和较小的致动力的压电致动器就已足够用于触发喷射阀。
压电致动器一般具有相互叠置的压电元件堆垛，在施加电压时其长度迅速改变例如与电压相关的尺寸。已知各种各样的压电陶瓷适用于此，例如锆钛酸铅陶瓷，并且重要的是这些陶瓷由于其大的变化速度和其大的压电力则适合在喷射阀中使用。
但是因为压电致动器的长度不仅取决于施加的电压，而且还例如取决于制造技术公差以及致动器的温度，所以在由压电致动器操纵的伺服喷射阀的结构中，在从致动器到控制阀体的作用环路中设置了或大或小的间隙，该间隙用作致动器长度的不期望的偏差和/或改变的公差范围。
在压电致动的喷射阀中的这种所谓的公差间隙一方面尺寸应该尽可能小，以便使得致动器可用的升程最大，另一方面尺寸应当尽可能大，以便在尽可能的所有的运行状态下避免由运行引起的压电致动器长度的变化超过公差间隙，并且由此在致动器还没有致动时所述控制阀就已经被操纵。在后一方面特别重要的是，正如特别可能在内燃机运行时出现的致动器温度升高时压电陶瓷的例如由热引起的膨胀。因此所述公差间隙实际上很难确定“最佳”的尺寸。
当由于致动器的温度上升而可能超过公差间隙，并由此使得由蓄压器通过高压管道引入控制室的燃料通过控制阀可以继续释放到实际上没有压力(相对于蓄压器中的燃料系统压力)的泄漏管道中时，还会产生其它的问题。也就是当内燃机在“热状态”下起动时，例如在内燃机首先进行较长时间运行然后停机后，那么由于燃料从控制室释放到泄漏管道中可能会使得在蓄压器中压力的建立明显变得困难或者迟滞。但是为了从根本上实现从喷油嘴室到燃烧室中的喷射，建立一定的最小系统压力是必要的，该最小系统压力一般在几百个巴。
在DE 199 05 340 C2中公开了用于预先调整和动态跟踪压电致动器的方法和装置，其中为此目的向压电致动器供给直流电压，该直流电压可能的话与脉冲触发电压叠加。然后该直流电压分量确定致动器的新的静止位置，并且由此可以在运行时用于调整空升程并跟踪空升程。
在DE 37 42 241 A1中公开了一种压电控制阀，其包括布置在一壳体中的一个压电控制元件和一个阀。通过控制阀内的液压间隙补偿元件来自动补偿参考系的可能的长度变化，从而在压电控制元件相同的工作升程的情况下也始终保证阀相同的升程。对于这两种用于解决开头所述问题的附件，其缺点是与此相关的用于触发喷射器装置的电子装置的范围内和喷射器装置本身范围内的费用。
与此相应，本发明的任务是提供一种用于内燃机的喷射装置和一种用于内燃机的喷射方法，其中可以避免或者排除压电致动器的超过伺服喷射阀公差间隙的长度变化对于喷射装置或者内燃机的运行不利的影响。
该任务通过一种按权利要求1所述的喷射装置或者一种按权利要求7所述的用于驱动喷射装置的方法来解决。从属权利要求涉及本发明优选的改进方案。
对于本发明重要的是，在喷射装置方面所述泄漏管道设有一可控制的阀，其在一种受触发的状态下阻止燃料流入泄漏管道中，或者在喷射方法方面有选择地阻止燃料流入泄漏管道。在由于致动器的与压电致动本身无关的长度变化而超过公差间隙的情况下(以下也简称为“致动器超范围”)，可以通过阻止燃料流以相当简单的方式缓和或者甚至排除这种情况的不利影响。如果存在致动器超范围，并且阻止了燃料流入泄漏管道，那么这会使得在阻止位置和伺服喷射阀的泄漏出口之间的泄漏管道中压力的上升。由此一方面可以避免由于致动器超范围而使喷油嘴体向着打开喷射通道的方向作不期望的(并非主动触发致动器)偏移，这特别是在内燃机运行时是重要的。另一方面由此可以消除由于系统压力建立的迟滞而存在的内燃机热起动(在温度引起致动器超范围的情况下)的问题，因为泄漏管道中的压力升高显著加速了蓄压器中的压力建立。
按本发明的解决方案的另一优点是，该解决方案在辅助设备的构思内也可以简单地实现，因为为此基本上只需要改装泄漏管道装置，例如通过装入另一可控制的阀即可，以及比较简单地改装或者补充发动机电子控制装置，其中有利的是可以一起使用实际上通常本来就存在的传感装置来检测内燃机和/或喷射装置的运行状态。
使用本发明有利的是，可以即使在喷射阀中可能出现致动器超范围的情况下也保证借助于内燃机驱动的汽车连续的行驶准备，其中这种液压解决方案不仅可以在内燃机的起动阶段而且可以在运行阶段用于“阻止”致动器例如由运行引起的长度变化。
当然按本发明的措施可以与目前为止已经实现的措施组合使用，例如借助于上面提到的致动器空升程(“主动压电收缩”)的主动电调整或跟踪或者内燃机的冷却。
在一种实施方式中，喷射器装置包括多个伺服喷射阀，这些阀通过高压管道装置与用于这些多个伺服喷射阀的共同的蓄压器连接。这种喷射装置作为所谓的存储器喷射系统是已知的，其中通常以非常高的喷射压力(例如在几百巴到大约1600巴的范围内)工作。这种系统作为共轨系统(用于柴油机)和高压直喷系统(用于汽油机)是公知的。
当喷射器装置包括多个伺服喷射阀时，大多数是这种情况，例如多个泄漏管道中的每一个都设有一自身的可控制的阀用于阻止燃料流。但是因为阻止燃料流入泄漏管道实际上不会影响连接在泄漏管道上的其中不存在致动器超范围的伺服喷射阀的按规定的运行，所以可以如下实现简化，即这些多个伺服喷射阀的泄漏管道汇合在一起，并且在汇合的泄漏管道部分中设置阻止燃料流装置，也就是例如将可控制的阀仅仅布置在该汇合的泄漏管道部分中。
当压电致动器通过推杆作用在控制阀的一阀体上时，就能容易地操纵控制阀，其中在致动器和推杆之间或者在推杆和阀体之间可以设置公差间隙。
通过在可控制的阀的触发状态下封锁燃料流、也就是完全阻止燃料流，就可以将阻止燃料流入泄漏管道中的作用设置得特别大。
在一种实施方式中，喷射装置还包括一电子喷射控制单元用于喷射器装置的驱动或者用于可控制的阀的触发。在这种情况下有利的是，将喷射控制本身以及用于阻止燃料流的可控制的阀的触发的功能组合在一起。在这种情况下特别是用于触发可控制的阀所需要的运行参数可以直接由喷射控制获得或者导出。
在一种优选的实施方式中，可控制的阀根据内燃机和/或喷射装置的预定的、特别是测量的运行参数来触发。这些运行参数特别是可以包括蓄压器中的燃料压力、泄漏管道中的燃料压力、内燃机或者喷射器装置区域内的温度、内燃机的转速以及其负荷或者其触发(“油门踏板位置”)等。特别有利的是可以获得表示单个或者所有压电致动器的状态(例如其温度和/或静止长度)的运行参数。后面的参数例如可以由触发压电致动器的电子装置(发动机控制器)间接获得，例如通过测定致动器的电容来实现。最后也可以由通常本来就(例如用于喷射量调节)测定的喷油嘴体在喷射装置运行时对压电触发作出反应而作的运动的特性导出合适的参数。为了测定这些特性，为这里所用类型的已知的伺服喷射阀配备一对于喷油嘴体的位置敏感的传感装置。
在一种优选的实施方式中，将多个如上所述的运行参数汇集到一电子处理装置中，并且由事先存储的综合特性曲线产生用于可触发的阀的致触发信号以阻止燃料流入泄漏管道，并将这些信号输入这些阀以用于电子触发。
在本发明的一种改进方案中，在某种运行参数状态下触发用于阻止燃料流的可控制的阀以阻止燃料流，并且在预先确定的(或者作为替代方案在根据某个运行参数的时间历程曲线的)时间间隔后重新进入静止状态。然后该静止状态可以强制保持例如预先确定的另一个时间间隔(静止时间)。使用这种措施可以在时间上大大限制燃料流的阻止，从而特别是不会显著影响事后根据本发明改装的系统的正常功能。
在本发明的另一种改进方案中，燃料流的阻止如下进行，使得不能超过泄漏管道中预定的最大压力。这例如可以通过测量泄漏管道压力和在达到最大压力时基于该压力强制停止燃料流的阻止来实现。但是作为替代方案或者附加方案还有一种简单的方案，使相关的燃料流阻止装置(阀)设有平行布置的环境管道或者“旁通”管道，其在达到最大压力时自动打开，并且由此可靠地避免泄漏管道中不期望的过压。在此避免泄漏管道中的过压特别是用于保护相关的喷射伺服阀，为了避免损坏，其泄漏线路不允许有过高的压力(一般例如为3.5巴)。
下面根据实施例参考附图来详细说明本发明。
附图示出
图1用于解释压电致动的伺服喷射阀中公差间隙的示意图；图2喷射装置的示意图，其中使用了多个图1中所示类型的伺服喷射阀。
图1中示意地示出了用于内燃机的处于其关闭状态下的高压喷射伺服阀的一部分。
该高压阀具有一个与一未示出的泄漏管道连接的低压区域L和一个通过一未示出的高压管道与一蓄压器连接的高压区域H。这两个以不同压力加载的区域L、H通过一控制阀相互隔开，该控制阀由一控制阀座S和一通过高压区域H中的高压向着控制阀座S驱动的控制阀体K构成。
高压区域H构成了一个未示出的控制室，或者与这样一种控制室连接，在控制室中，那里存在的压力作用在轴向可运动地支承和导引的喷油嘴体(喷油嘴针阀)的后(上)端部上，以使该喷油嘴体的前(下)端部压向一喷油嘴阀座(未示出)，并由此封闭引入内燃机燃烧室的喷射通道。尽管喷油嘴体的前端部布置在同样处于高压下的喷油嘴室中，喷油嘴体在所示的静止状态下还是会向下挤压以封闭喷射通道，因为将喷油嘴体向下挤压的力由于喷油嘴体在其上端部上比较大的横截面尺寸而大于作用在喷油嘴体下端部的力。为了起动喷射过程，控制室或者高压区域H中的压力以下面描述的方式减小，以便使喷油嘴体向着打开喷射通道的方向运动。
高压区域H中的压力减小通过借助于压电致动器P而触发打开由阀座S和阀体K构成的控制阀进行，该致动器在低压区域L中被一壳体G包围，并且为了其触发设置了电接头A。通过在致动器P的接头A上施加电压，致动器长度可以沿着箭头VR(压电陶瓷的从优极化)的方向变长，以便通过一推杆T作用到阀体K上。在此在致动器P和推杆T之间设置了一公差间隙d，它用作压电陶瓷长度热变化的安全距离，并且它一般具有例如3和5μm之间的尺寸。现在如果在压电致动器P上例如由于不利的环境影响出现超过间隙d的尺寸的长度变化，那么致动器P在静止状态下就已经通过推杆T压在阀体K上，这最终会导致燃料从高压区域H泄漏到低压区域L和与其连接的泄漏管道中。在内燃机运行时，这种“致动器超范围”意味着伺服喷射阀有打开的趋势，即使伺服喷射阀没有通过接头A主动地电触发。对于内燃机热启动的情况，这意味着在蓄压器中不能或者不能迅速地建立对于开始燃料喷射所需要的大小的压力。
但是这个问题通过下面参考图2描述的喷射装置的结构避免了，其中特别是在检测到这种致动器超范围时短时提高低压区域L中的液压压力。
图2示出了用于内燃机(未示出)的喷射装置10，包括一个用于储存借助于一高压泵14从一燃料箱16输送到蓄压器12中的燃料的蓄压器12和一个通过一高压管道装置18与蓄压器12连接的、用于将燃料喷射到内燃机中的喷射器装置20。在所示的实施例中，喷射器装置20包括四个伺服喷射阀，其通过四个独立的高压管道18由为此共同设置的蓄压器12供应燃料。
在此每个伺服喷射阀都是参考图1所描述的结构形式，并且具有一控制室以及一喷油嘴室，这两个室通过各自的高压管道由蓄压器12供应燃料，其中燃料处于由高压泵14提供的高系统压力下。这种类型的伺服喷射阀对于本领域的普通技术人员来说是熟知的，因此这里不再进行详细的描述了。
如参考图1所描述，喷射过程每次分别通过伺服喷射阀的控制室中的压力下降而起动，该伺服喷射阀为此目的设有压电操纵的控制阀，用于将燃料从控制室释放到一泄漏管道22中。
在图2中还可以看到两个用于对于通过一预输送泵28输送到高压泵14的一输入端的燃料进行粗滤和精滤的燃料过滤器24和26、用于将处于系统压力下的燃料从高压泵14输送到蓄压器12的高压管道30、用于测量蓄压器12中压力的高压传感器32、用于将多余的燃料从泵14输出到泄漏管道22并由此继续送回燃料箱16的从高压泵14引出的燃料回流管道34、以及带一列输入接口36和一列输出接口38的马达电子控制器ECU，借助于该马达电子控制器ECU以公知的方式通过输入接口36测定和处理内燃机和喷射装置的运行参数，并在输出接口38处产生信号，借助于这些信号来控制所述系统的电气和电子组件，例如所示的组件28、14、20。
此外发动机控制器ECU还控制一布置在泄漏管道22总路中的泄漏控制阀40，借助于该泄漏控制阀根据测定的运行参数并借助于合适设计的综合特性曲线，可以封闭从喷射器装置20的各喷射器通过泄漏管道22到燃料箱16的燃料回流。发动机控制器ECU以公知的方式通过处理所测量的运行参数来检测可能在其中一个喷射器中出现的致动器超范围，并在这种情况下短时触发泄漏控制阀40，用于短时封闭燃料回流，例如封闭预定的几秒钟的时间间隔。由此不仅可以在内燃机热起动时加速在出现致动器超范围的情况下蓄压器12中可能出现的迟滞的压力建立，而且还可以使内燃机避免在运行时出现的致动器超范围，并且保持所规定的运行。
权利要求
1.用于一内燃机的喷射装置，包括-一个蓄压器(12)，用于存储借助于一高压泵(14)从一燃料箱(16)输送到该蓄压器中的燃料；和-一个通过一高压管道装置(18)与蓄压器(12)连接的喷射器装置(20)，用于将燃料喷射入内燃机中；其中喷射器装置(20)包括至少一个伺服喷射阀，其中通过一高压管道不仅向一喷油嘴室而且向一控制室从蓄压器(12)供应燃料，并且在其中使一个用于打开和关闭一个从喷油嘴室引到一燃烧室的喷射通道的喷油嘴体可运动地导向，并且喷油嘴体在其面向喷射通道的端部承受喷油嘴室中燃料的压力，而在相对的端部承受控制室中燃料的压力；其中伺服喷射阀设有一用于将燃料从控制室释放到一引入燃料箱(16)的泄漏管道(22)中的控制阀，该控制阀可以借助于一压电致动器操纵，以便为了通过控制室中的压力减小来起动喷射过程，使喷油嘴体向着打开喷射通道的方向运动；其特征在于所述泄漏管道(22)设有一可控制的阀(40)，该阀在其触发状态下封锁燃料流入泄漏管道(22)，其中阀(40)根据内燃机和/或喷射装置的预定的运行参数来触发，并且只有在预定的时间间隔结束后才重新进入到静止状态。
2.按权利要求1所述的喷射装置，其中，所述喷射器装置(20)包括多个伺服喷射阀，其通过高压管道装置(18)与用于这些多个伺服喷射阀的共同的蓄压器(12)相连接。
3.按权利要求1或者2所述的喷射装置，其中，所述喷射器装置(20)包括多个伺服喷射阀，其泄漏管道(22)汇合在一起，其中汇合的泄漏管道部分设有可控制的阀(40)。
4.按权利要求1、2或者3所述的喷射装置，其中，所述预定的运行参数包括在伺服喷射阀上存在或者不存在致动器超范围。
5.按权利要求1至4任一项所述的喷射装置，其中，所述阀(40)的静止状态在触发后强制保持预先确定的另一个时间间隔。
6.按权利要求1至5任一项所述的喷射装置，还包括一电子喷射控制单元(ECU)，用于驱动喷射器装置(20)并且于触发可控制的阀(40)。
7.用于驱动一内燃机的一喷射装置(10)的方法，其中该喷射装置包括-一个蓄压器(12)，用于存储借助于一高压泵从一燃料箱输送到该蓄压器中的燃料；和-一个通过一高压管道装置(18)与蓄压器(12)连接的喷射器装置(20)，用于将燃料喷射入内燃机中；其中喷射器装置包括至少一个伺服喷射阀，其中通过一高压管道不仅向一喷油嘴室而且向一控制室从蓄压器供应燃料，并且在其中使一个用于打开和关闭一从喷油嘴室引到一燃烧室的喷射通道的喷油嘴体可运动地导向，并且喷油嘴体在其面向喷射通道的端部承受喷油嘴室中燃料的压力，而在相对的端部承受控制室中燃料的压力；其中伺服喷射阀设有一用于将燃料从控制室释放到一引入燃料箱的泄漏管道中的控制阀；其中该方法包括借助于一压电致动器操纵控制阀的步骤，以便为了通过控制室中的压力减小而起动喷射过程，使喷油嘴体向着打开喷射通道的方向运动；其特征在于根据内燃机和/或喷射装置的预定的运行参数封锁燃料流入泄漏管道(22)，这种封锁只有在预先确定的时间间隔结束后才重新取消。
8.按权利要求7所述的方法，其中，所述预先确定的运行参数包括在伺服喷射阀上存在或者不存在致动器超范围。
9.按权利要求7或者8所述的方法，其中，所述封锁的取消强制保持预先确定的另一个时间间隔。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机的喷射装置(10)，包括用于存储从燃料箱(16)输送的燃料的蓄压器(12)和通过高压管道装置(18)与蓄压器(12)连接的喷射器装置(20)，其中喷射器装置(20)包括至少一个伺服喷射阀，其设有将燃料从控制室释放到引入燃料箱(16)中的泄漏管道(22)中的控制阀，并且该阀可以借助于压电致动器致动，以便为了通过控制室中的压力减小起动喷射过程使喷油嘴体向着打开喷射通道孔的方向运动。根据本发明，所述泄漏管道(22)设有可控制的阀(40)，该阀在其致动状态下阻止燃料流入泄漏管道。由此可以减小压电致动器的对于喷射装置的运行不利的超过伺服喷射阀公差间隙的长度变化的影响。
文档编号F02M63/02GK1886589SQ200480035329
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月3日 优先权日2003年11月27日
发明者R·朗, G·普兰克 申请人:西门子公司