专利名称：用于监控燃料喷射系统的压电喷射器的状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监控如其与燃料喷射装置相结合被使用在汽车中的压电喷射器的状态的方法。
背景技术：
这样的压电喷射器具有压电致动器，该压电致动器将电控制信号转换成机械往复运动。通过该往复运动控制喷嘴针，利用该喷嘴针可以使通过喷嘴单元的喷嘴孔眼的燃料流量释放得更多或更少，以便能够将与电控制信号有关的所期望的燃料量以合适的方式和方法喷射到汽车的气缸中。这样的燃料喷射系统的主要贡献在于满足要求高的客户期望和满足有关燃料消耗以及有关汽车的有害物质排放的法律要求。这尤其适用于具有压电泵喷嘴系统的自点火的内燃机和适用于压电共轨系统(Piezo-Common-Rai 1-Systeme )。在这些系统中出现的故障指示(Fehlerbilder)、例如燃料泄漏、悬置的阀、沉积、泄漏电流等通常导致不期望的车辆特性、如功率损耗、增加的有害物质排放或但是也导致故障存储器灯被激活。这些故障指示可能不仅是由液压系统引起而且是由电系统引起。车载诊断策略首先在车辆的动态运行时仅仅有限地允许，在此在诊断范围中对系统特性无负面影响的情况下，进一步界定喷射系统中的故障原因，更不必提精确确定喷射系统中的故障原因。汽车的制造商此外常常并不期望在车辆运行期间的侵入式测试。此外，相应的故障原因的定位还受到有限数目的车载可供使用的传感器信息限制。此外，尤其是在喷射系统中的适度的故障指示仅与运行点有关地影响行驶特性。例如，在压电致动器的电端子与电接地之间的比较高欧姆的漏电阻对短的燃料喷射过程仅有微小影响，更确切地说根据由压电元件的电容和漏电阻的值得到的时间常数来影响短的燃料喷射过程。此外，与短路电阻的值有关地并且与当前的运行点有关地，例如存在低的或者中等的转速范围或负载范围，该影响还通过该系统来补偿。这例如可以通过针对压电致动器提供较高的控制能量来进行。只有当对于汽车的当前运行状态需要比较高的燃料流量、S卩比较长的控制持续时间时，适度的故障指示才影响系统特性。在这些情况下，压电致动器的电荷损耗可随着时间的过去导致喷射率以及由此喷射量的不期望的减小。喷射量的减小造成了功率损耗，该功率损耗在许多情况下与增加的废气排放相联系。这样的故障指示在车间中不能被再现，或者只能以高开销、例如在使用功率辊(Le istungsro 11 e )和/或附加的传感装置的情况下被再现，并且因此表示车间中的故障寻找的大挑战。常常，在车间中缺少对现有故障的原因的精确认知地进行不必要地更换本身还有运行能力的部件。常常也发生更换许多部件。例如，尽管现有的不期望的系统特性例如已由唯一的有缺陷的喷射器或线缆束中的被沾污的插头引起，但不必要地更换了还有运行能力的控制单元(EOT)或整个喷射器组。此外，手动介入汽车的喷射系统常常导致不期望地将污染物引入到喷射系统中并且损伤部件。此外，首先适度的故障只要其未被发现就随着时间过去可发展成重大的故障。这样的重大的故障的后果在许多情况下是喷射系统的完全故障并且由此是相应汽车的停止。更加困难地附加的是，近年来已加强法律规定来监控汽车的功能。这不仅适于欧洲的汽车市场而且适于美国的汽车市场。以前，识别和显示系统中的严重故障、例如对汽车的电接地短路曾就足够了。与此相反，目前法规的基本要旨是需要识别所有以任意方式涉及汽车的废气排放的故障。上面所述的适度故障也属于此。从DE 10 2006 036 567 B4中公知一种用于确定内燃机的压电喷射器的功能状态的方法，其中用于燃料喷射的调整电路的输入量是电压和电荷。此外，基于新电容和最后存储的电容值借助数学近似方法来计算针对所测量的压电喷射器的其他电容变化。压电喷射器的即将来临的故障通过如下方式来识别:所测量的电容值处于围绕所计算的电容变化的第一上公差范围和下公差范围之外。压电喷射器在所测量的电容值在围绕所计算的电容变化的第二上阈值范围和下阈值范围之外时被立即关断，其中阈值范围包含公差范围在内。从DE 103 36 639 Al中公知了 一种用于内燃机的燃料配量系统(Kraftstoffzumesssystem)的压电致动器的功能诊断的方法和设备。Gai压电致动器在可预给定的电压下被充电并且将在该电压下所得到的电荷量与在该电压下要期望的期望电荷量进行比较。根据在所述的电荷量之间的偏差推断出该压电致动器的功能性。
发明内容
本发明的任务在于，说明了一种用于监控压电喷射器的状态的改进方法。该任务通过具有在权利要求1中所说明的特征的方法来解决。本发明的有利的改进方案和扩展方案在从属权利要求中予以说明。本发明的优点尤其是在于，压电喷射器的状态的监控可以在使用在公知的喷射系统中常常本来就存在的、用于其他目的的量来进行。这些量被重新关联，使得由此获得如下新信息:该新信息给出了关于压电喷射器的状态的消息。所述新信息为压电喷射器的漏电阻。如果该漏电阻大于预给定的阈值，则识别出，压电喷射器无干扰地工作。与此相反，如果漏电阻小于预给定的阈值，那么识别出，压电喷射器不再无干扰地工作，尤其是，压电喷射器的漏电阻由于环境影响和/或老化影响而下降为使得存在短路或电压击穿的危险。
根据本发明的方法的其他有利的特征由其依据附图的示例性阐述得到。图1示出了用于阐述根据本发明的方法的简化的等效电路图，图2示出了用于阐述喷射循环的曲线图，以及图3示出了用于阐述根据本发明的方法的曲线图。
具体实施例方式根据本发明的用于监控燃料喷射系统的压电喷射器的状态的方法尤其适于带有压电泵喷嘴系统的自点火内燃机和适于压电共轨喷射系统。该方法尤其是也可以在常见的车辆运行期间被使用。但是，该方法也可以在稳定的操作条件下被实施，所述稳定的操作条件尤其是存在于静止的车辆中或车间中。这样，根据本发明的方法例如可以在静止的车辆中在接通测试例程期间被执行，在正常的车辆运行时在滑移阶段期间被执行，在车辆停车时在关断测试例程的范围中被执行以及也在车间中在维修逗留(Service-Aufenthalt)的范围中被执行。根据本发明的方法可以以固定时间间隔或基于事件地被执行。此外，该方法的彼此相继的执行之间的时间间隔可以基于统计数据来改变。当执行根据本发明的方法得到如下结果:给出了存在适度故障的初始猜疑时，那么在根据本发明的方法的彼此相继的执行之间的时间间隔可以被缩短。燃料喷射系统的压电喷射器具有压电致动器，该压电致动器具有存储所施加的电荷的特性。与线圈驱动的喷射器不同，不需要将持续的保持电流施加到压电致动器上。压电喷射器的在压电喷射器的高压侧端子与电接地之间存在的漏电阻在压电喷射器的新状态下在兆欧姆范围中。因此，由此可以得出，压电喷射器将其在充电阶段期间达到的电压水平在直至放电阶段的开始的随后的保持阶段的整个持续时间内至少大致保持恒定。但是，由于环境影响和/或老化影响，漏电阻尤其是可以在存在长喷射时间时下降，使得该漏电阻仅还在两位数的欧姆范围中。漏电阻的下降可导致压电喷射器由于出现短路或对地的电压击穿而没有运行能力，并且造成车辆中的损害。为了避免这一点，根据本发明在喷射循环的保持阶段期间确定压电喷射器的漏电阻，并且根据所确定的漏电阻推断出压电喷射器的功能性，使得必要时可以及时地开始必要的措施，例如更换压电喷射器。图1示出了用于阐述根据本发明的方法的简化等效电路图。在该等效电路图中示出了驱动器1、压电喷射器Pl.....Pn和漏电阻R。驱动器I包含高压侧驱动器单元Ia和低压侧驱动器单元lb。高压侧驱动器单元
Ia的输出分别与压电喷射器Pl.....Pn的端子和与漏电阻R的远离地的端子连接。低压
侧驱动器单元Ib与总共为η个的场效应晶体管的栅极端子Gl.....Gn连接，其中漏极端
子Dl.....Dn与压电喷射器Pl.....Pn的相应另外的端子连接。场效应晶体管的源极端
子S1、...、Sn分别与地连接。各个压电喷射器由驱动器I在所有情况下以喷射循环来控制，其中每个喷射循环都包括充电阶段LP、保持阶段HP和放电阶段ΕΡ。这在图2中被阐明，该图2示出了用于阐述喷射循环的曲线图。在充电阶段LP期间，压电喷射器在使用电压源的情况下被充电到电压值U0。在相应喷射器的新状态下(在该新状态下，漏电阻在兆欧姆范围中)，该电压值被保持直至保持阶段HP结束。接着跟随着放电阶段ΕΡ，在该放电阶段EP期间，压电喷射器被放电。然而，由于环境影响和老化影响，喷射器的漏电阻随着时间的增加而下降。在漏电阻仍然还足够时，例如在电阻值在千欧姆范围中时，如前面那样能给压电喷射器完全充电，因为还不存在短路并且也没有对地的电压击穿。然而，压电喷射器通过碳迹(Kohlenstoffbahn)丢失电荷。这在图2中通过在保持阶段HP期间以比较小的斜率下降的直线可看到。现在，如果在压电喷射器上的电压在保持阶段开始和结束时被测量并且接着确定所测量的电压之间的差值，那么可以在附加地考虑压电喷射器的电容和喷射持续时间的情况下推断出流出的电荷量或平均漏电流。由此又可以一阶近似地计算漏电阻。根据漏电阻的所确定的值推断出压电喷射器的功能性，如下面还阐述的那样。
为了避免不必要的故障录入，优选地对漏电阻的所计算的值进行似然性检验(Plausibilisierung)。这随后依据图3来阐述。该图3示出了用于阐述根据本发明的方法的曲线图。在该方法中，在保持阶段HP期间对多个电压值进行检测，根据所述电压值计算直线函数。在使用该直线函数的情况下确定漏电阻的值。该值与漏电阻的在一阶近似中所确定的值相比较。在至少很大程度上相一致的情况下，所确定的值被视为正确的，并且在使用所确定的针对漏电阻的值的情况下来推断出压电喷射器的功能性。在确定该直线函数的情况下，通过使用式子
权利要求
1.一种用于监控燃料喷射系统的压电喷射器的状态的方法，其中以喷射循环进行燃料喷射，所述喷射循环分别包括充电阶段、保持阶段和放电阶段，其特征在于，在保持阶段期间确定压电喷射器的漏电阻并且在使用所确定的漏电阻的情况下推断出压电喷射器的功能性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压电喷射器在充电阶段期间借助电压源被充电到预给定的电压上，在保持阶段开始时和在保持阶段结束时执行电压的测量并且根据所测量的电压计算差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，漏电阻根据差值、喷射持续时间和压电喷射器的电容被计算。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在保持阶段期间测量其他的电压值并且在使用所测量的电压值的情况下来计算如下直线:该直线描述了在保持阶段期间出现的电压降。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多个所测量的电压值被求平均值并且根据平均值计算直线。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，直线的斜率依据根据时间差和平均值的差来求商而被计算。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，漏电阻根据式子R=UO/I来计算，其中UO是在保持阶段开始时所测量的电压，而I是平均漏电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，平均漏电流根据式子I=AQ/t来计算，其中Δ Q是流出的电荷量,而t是时间差。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，流出的电荷量根据式子AQ=C.AU来计算，其中C为压电喷射器的电容，而AU为所测量的电压的差值。
全文摘要
本发明涉及一种用于监控燃料喷射系统的压电喷射器的状态的方法，其中以喷射循环进行燃料喷射，该喷射循环分别包括充电阶段、保持阶段和放电阶段。在压电喷射器的保持阶段期间确定漏电阻。在使用所确定的漏电阻的情况下推断出压电喷射器的功能性。
文档编号F02D41/22GK103168160SQ201180052085
公开日2013年6月19日 申请日期2011年10月5日 优先权日2010年10月29日
发明者R.霍夫曼 申请人:大陆汽车有限公司