喷射装置的制造方法

本发明涉及一种用于内燃机的喷射装置以及一种用于确定压电致动器与用于在内燃机中喷射燃料的喷射器的能够通过所述压电致动器来运动的阀活塞之间的空行程或者用于确定通过所述空行程引起的延时的方法。

背景技术：
熟知的用于内燃机的喷射装置包括一个具有用于控制燃料流量的阀活塞和用于使所述阀活塞运动的压电致动器的喷射器以及一个用于对所述压电致动器进行操控的控制单元。在此，所述控制单元在程序技术方面设置用于向所述压电致动器加载电脉冲并且由此在通过所述电压致动器施加到所述阀活塞上的力大于反作用力时引起所述阀活塞的运动。对于所述内燃机的无故障的运行来说，需要时间精确地控制喷射时刻和喷射持续时间，所述喷射时刻和喷射持续时间通过所述阀活塞的运动来调节。尤其压电致动器与阀活塞之间的所谓的空行程阻碍了所述时间精确的控制。所述空行程被定义为一段路程，所述压电致动器在其能够使所述阀活塞运动之前必须以该路程为振幅来运动或者伸展。因此，所述空行程在对于所述压电致动器的操控与所述阀活塞的运动之间引起延时。在当前的文献中，空行程这个概念在此不仅可以表示与所述空行程相对应的长度，而且也可以表示其它的参量，所述其它的参量在单词的狭隘的意义上适合用作用于这个空行程-也就是说用于所提到的长度的尺寸，比如电脉冲的电荷量或者能量，所述电荷量或者能量让所述压电致动器克服所述空行程。但是，由于机械的公差、温度波动、燃料的磨合特性(Einlaufverhalten)以及磨损，所述空行程的准确的大小通常并不知道并且除此以外经受变化。为了尽管如此也可以保证内燃机的无故障的运行，因此需要确定所述空行程或者通过所述空行程引起的延时并且在操控所述压电致动器时对其加以考虑。在一种熟知的用于确定所述空行程的方法中，向所述压电致动器加载具有不同的脉冲能量的电脉冲。额外地在所述脉冲中的每个脉冲之前及之后借助于压力计来测定高压储存器(油轨)中的流体静力的压力，所述喷射装置向所述高压储存器供给燃料。如果在此所述脉冲之一的脉冲能量如此之大，使得所述压电致动器克服所述空行程和反作用力，那么所述压电致动器就使所述阀活塞运动并且在油轨中引起压力突降。对于相应的脉冲能量来说开始这种压力突降，知道所述相应的脉冲能量就能够在所述内燃机的运行过程中对对于所述压电致动器的操控进行调整。这种方法的缺点在于，不能在转速、轨压或者每秒喷射过程的次数为任意的数值时实施所述方法。此外，如果通过同一个油轨来向多个喷射器供给燃料，那么有时候所述油轨中的压力突降不能明确地追溯到单个的喷射器。在另一种熟知的按DE102009018289所述的用于确定空行程的方法中，同样向所述压电致动器加载具有不同的脉冲能量的电脉冲。在加载过程结束之后并且在所定义的等候时间之后确定加载在所述压电致动器上的电压，所述电压的差与向所述压电致动器施加的力的变化相关联。如果所述脉冲能量足够大，用于使所述阀活塞运动并且由此在所述油轨中引起压力突降并且随着所述压力突降而出现通过所述阀活塞施加到所述压电致动器上的力的变化，那么这种变化就能够通过所述压电致动器上的电压来探测到。对于相应的脉冲能量来说开始所述力的变化，这里知道所述相应的脉冲能量就能够在所述内燃机的运行过程中对对于所述压电致动器的操控进行调整。这种方法的缺点在于，该方法不能用在所谓的压力平衡的阀的阀活塞上，对于所述压力平衡的阀来说通过所述阀活塞施加到所述压电致动器上的力不取决于所述轨压。但是，刚好这样的阀在运行中尤其成本低廉，因为所述用于使这些阀运动的压电致动器需要的力更少并且由此可以设计得更小。

技术实现要素：
本发明的技术任务由此在于，如此设置用于内燃机的喷射装置的控制单元，由而能够尽可能精确地确定压电致动器与能够用所述压电致动器来运动的阀活塞之间的空行程或者通过所述空行程引起的延时并且更确切地说尽可能在不取决于运行状态并且不取决于所述喷射装置的特殊的结构形式的情况下来做到这一点。所述任务同样包括提出一种方法，用该方法可以实施所述确定过程。该任务通过一种按本发明的喷射装置以及一种按本发明的方法得到解决。本发明的有利的实施方式在下文中找到。按照本发明，提出一种用于内燃机的喷射装置，该喷射装置包括一个具有用于对燃料流量进行控制的阀活塞并且具有用于使所述阀活塞运动的压电致动器的喷射器以及一个用于对所述压电致动器进行操控的控制单元，其中所述控制单元在程序技术方面设置用于向所述压电致动器加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲并且确定所述压电致动器与所述阀活塞之间的空行程或者通过所述空行程引起的延时，其中此外所述控制单元在程序技术方面设置用于，-如此选择所述脉冲能量，使得所述压电致动器的通过所述脉冲中的至少一个脉冲引起的运动的最大偏移小于所述空行程，而所述压电致动器的通过所述脉冲中的至少一个其他的脉冲引起的运动的最大的偏移则大于并且更确切地说优选仅仅细微地大于所述空行程，-在所述脉冲中的每个脉冲之后在通过相应的脉冲引起的运动期间检测加载在所述压电致动器上的电压信号的频谱，并且-由所述频谱求得所述空行程或者所述延时。同样提出一种用于确定压电致动器与用于在内燃机中喷射燃料的喷射器的能够通过所述压电致动器来运动的阀活塞之间的空行程或者用于确定通过所述空行程引起的延时的方法，其中向所述压电致动器加载多个具有不同的脉冲能量的电脉冲，其特征在于以下步骤：-如此选择所述脉冲能量，由而使得所述脉冲中的至少一个脉冲使所述压电致动器偏移得小于所述空行程，而所述脉冲中的至少一个其他的脉冲则使所述压电致动器偏移得大于、优选仅稍微大于所述空行程，-在所述脉冲中的每个脉冲之后在所述压电致动器的通过所述相应的脉冲引起的运动期间检测加载在所述压电致动器上的电压信号的频谱，并且-由所述频谱求得所述空行程或者所述延时。在此所述控制单元典型地设置用于通过将电压加载在所述压电致动器上的方式来向所述压电致动器加载电脉冲。所述压电致动器的操控时间而后是时间间隔，在该时间间隔之内所述电压不等于零或者超过特定的阈值。加载时间是所述操控时间的第一区段，在该第一区段之内加载电流流向所述压电致动器，使得所述压电致动器获得长度变化。如果不再有电流流向所述压电致动器，则所述加载时间结束。卸载时间是所述操控时间的最后一个区段，在该区段之内卸载电流由所述压电致动器上流走。如果不再有电流由所述压电致动器上流走，则所述卸载时间结束。优选所述控制单元设置用于相应地在偏移时间间隔之内检测所述电压信号，所述偏移时间间隔最大由所述加载时间的结束一直延伸到所述卸载时间的开始。在所述偏移时间间隔中，所述压电致动器基本上以长度变化的振幅来偏移。所述控制单元在通过相应的脉冲引起的运动期间设置用于检测所述电压信号，所述通过相应的脉冲引起的运动因而尤其包括所述偏移时间间隔，在该时间间隔之内所述运动典型地通过振动来主宰，所述振动的精确的特性非常敏感地取决于这一点，即所述运动的最大的偏移是小于还是至少稍许大于所述空行程，也就是说所述压电致动器是否碰撞到所述阀活塞上的支座。优选所述控制单元设置用于在所述加载时间里将所述加载电流相应地在很大程度上或者精确地保持恒定。在这种情况下，所述脉冲的脉冲能量、长度变化和加载时间相应地至少在很大程度上相地于彼此成比例。对于长度变化来说，适用相对于相应的脉冲能量的比例关系，并且在加载电流恒定时至少适用相对于相应的加载时间的比例关系，只要所述长度变化小于或者等于所述空行程。如果所述压电致动器通过一个脉冲刚好以所述空行程的振幅偏移，那么相应的加载时间或者相应的脉冲能量就因此可以用作用于所述空行程的尺度。尤其所述加载时间在这种情况下等于通过所述空行程引起的延时。对于所述脉冲的相应相同的恒定的加载电流来说，由此相应的脉冲能量的求取或者相应的加载时间的求取与所述空行程的求取或者通过所述空行程引起的延时的求取相同，对于所述相应的脉冲能量或者相应的加载时间来说所述长度变化等于所述空行程。为了检测所述电压信号，所述控制单元设置用于将所述压电致动器用作电压传感器。在这种情况下，所述电压信号的数值典型地相应地与作用于所述压电致动器的力成比例。所述至少一个运动的最大的偏移小于所述空行程，在出现所述至少一个运动的情况下作用于所述压电致动器的力包括所述压电致动器的惯性力和复位力。所述至少另一种运动的最大的偏移大于所述空行程，在出现所述至少另一种运动的情况下作用于所述压电致动器的力额外地至少部分地包括所述阀活塞的惯性力和复位力。所述控制单元可以设置用于由所述电压信号比如扣除基础值(Sockelwert)(Offset)并且而后将所述电压信号输送给频率分析算法，比如FFT-算法，所述频率分析算法提供所述频谱。可以为所述频谱相应地分配相应的脉冲的脉冲能量或者脉冲长度或者加载时间或者加载量，所述脉冲引起所述运动，在所述运动期间检测以所述频谱为基础的电压信号。按本发明由所述频谱求得所述空行程或者所述延时，这使以下做法没有必要，即所述阀活塞通过所述压电致动器以如此程度运动，由而打开所述喷射器，以至于比如在高压储存器中引起压力突降。因此，可以特别快地求得所述空行程。因此，按本发明的求取方法也能够在不取决于轨压的情况下实施。所述方法因此可以用所提出的喷射装置在不取决于所述喷射装置或者内燃机的运行状态的情况下来实现。尤其可以在与现有技术不同的情况下使用具有任意的结构形式的阀活塞的喷射器。压力平衡的以及压力加荷的阀同样是合适的。将所述压电致动器用作传感器，由此不需要额外的硬件。在本发明的一种有利的实施方式中，如此构成所述喷射器，使得所述压电致动器的运动包括所述压电致动器的机械的振动并且所述电压信号与所述振动相关联，其中所述频谱在出现至少一个运动的情况下并且在出现至少另一种运动的情况下各不相同，其中所述至少一个运动的最大的偏移小于所述空行程，其中所述至少另一种运动的最大的偏移则大于所述空行程，并且其中所述控制单元在程序技术方面设置用于确定这些频谱之间的差别。所述振动首先在所述偏移时间间隔中也就是说在所述压电致动器由于所述加载脉冲以所述长度变化的振幅偏移之后进行。在出现首次提到的运动的情况下，所述频谱通过所述压电致动器的质量和刚度来确定。在出现所述至少另一种运动的情况下，所述频谱额外地至少部分地通过所述阀活塞的质量和刚度来确定。只要所述压电致动器的最大的偏移小于所述空行程，那么所述频谱就在向所述压电致动器加载所述脉冲的不同的脉冲能量时仅仅些许地变化，因为相应地所述压电致动器的相同的质量和相同的刚度确定所述频谱的形状。但是，一旦所述脉冲的脉冲能量大于为克服所述空行程而必需的脉冲能量，那么所述频谱就在向所述压电致动器加载所述脉冲的增加的脉冲能量时明显地变化。也就是说，随着所述脉冲的增加的脉冲能量，所述压电致动器将越来越多的相应的脉冲能量传输到所述阀活塞上，使得相应的频谱随着上升的脉冲能量以增加的程度通过所述阀活塞的质量和刚度来确定。所述控制单元因而优选设置用于尤其确定频谱之间的所描述的差别。通常所述喷射器包括用于打开并且关闭所述喷射器的喷射口的喷嘴针，其中所述阀活塞设置用于通过所述喷嘴针来引起所述喷射口的打开和关闭，并且更确切地说对于相应的喷射器的典型的结构来说间接地引起所述喷射口的打开和关闭。通过所述喷射口，在喷嘴针打开时将燃料喷射到所述内燃机的燃烧室中。优选所述阀活塞布置在阀中，该阀调节控制室中的流体静力的压力，所述控制室通过燃料管路与所述高压储存器相连接。在此所述阀可以构造为压力平衡的阀或者构造为压力加荷的阀。所述控制室中的压力而后作用于所述喷嘴针并且控制所述喷嘴针的打开和关闭。所述喷嘴针的打开和关闭可以额外地通过喷嘴弹簧来控制。本发明的一种特别有利的设计方案规定，所述控制单元在程序技术方面设置用于如此选择所述脉冲的最大的脉冲能量和/或最大的加载时间和/或最大的操控时间，使得所述喷射口保持关闭的状态。这一点因而包含这种情况，即在求取所述空行程时没有将燃料喷射到所述燃烧室中。因为所述阀活塞直接或者间接引起所述喷嘴针的打开和关闭，所以这一点此外意味着，所述阀活塞根本没有运动或者仅仅非常细微地运动。因此为了求取所述空行程，在这种情况下需要的时间特别少并且花费的能量特别少。所述喷射装置的另一种有利的实施方式规定，所述控制单元在程序技术方面设置用于在所述喷射器的正常运行中如此向所述压电致动器加载脉冲，由而在时间上在两次喷射过程之间进行加载。在这种情况下，可以在正常运行中重复地求取所述空行程。尽管所述用于求取空行程的方法如所描述的一样能够在所述喷射装置或者内燃机的任意的运行状态中来实施，但是可以设想，所述空行程本身随着运行状态而变化。比如可以设想，所述阀活塞在所述轨压特别高时被轻易地朝所述压电致动器挤压。因此，在运行状态变换时可能有利的是，重复地确定所述空行程。尤其在正常运行中在两次喷射过程之间求取空行程时，证实有利的是，如此选择所述脉冲能量，使得所述喷射口由于向所述压电致动器加载脉冲而保持封闭的状态，因而在所述两次喷射过程之间没有进行进一步的喷射并且没有妨碍运行。在本发明的另一种有利的改进方案中，所述喷射装置包括用于将燃料提供给所述喷射器的高压储存器以及与所述控制单元相连接的用于至少在所述脉冲中的每个脉冲之前和/或之后对所述高压储存器中的流体静力的压力进行检测的压力计，其中所述控制单元额外地在程序技术方面设置用于由所述高压储存器中的压力降求得所述空行程或者所述延时。此外，这种处理方式应该称为液压的方法。对于所述液压的方法来说，所述空行程通过相应的脉冲能量来给定或者说可以由相应的脉冲能量中来确定，对于所述相应的脉冲能量来说所述压力降由于向所述压电致动器加载相应的脉冲而开始。在此，特别有利的是，将这种方法与在这里所描述的由所述频谱中求取所述空行程的方法组合起来并且使这两种处理方式的结果相关联。因而优选在所述脉冲中的每个脉冲之后根据相应的脉冲能量不仅确定所述频谱而且确定所述高压储存器中的压力。用所述液压的方法来求得的空行程或者说相应的脉冲能量或者延时形成一个重要的参考值，因为所述高压储存器中的压力突降与所述喷射过程重合或者直接先行于所述喷射过程。本发明的一种特别有利的改进方案规定，所述控制单元在程序技术方面设置用于在所述空行程或者所述延时的基础上对所述压电致动器的旨在打开所述喷射口的操控进行校正。优选在此通过对于所述压电致动器的操控时间的调整来进行所述校正。所述校正优选在所述内燃机的正常运行中使用，其中应该对由所述空行程中产生的延时进行补偿。由此可以以很高的精确度来控制喷射时刻和喷射时间，所述喷射时间至少差不多与所喷射的燃料量成比例。本发明的这种改进方案可以以有利的方式与所有前面和接下来所提到的实施方式相组合。此外，特别有利的是，由所述频谱中求取空行程和延时的方法包括在所述频谱中的每个频谱中确定固有频率和/或最大振幅这个方面。每个频谱都包括振幅值，所述振幅值分别被明确地配属于频率值。最大振幅相应地是所述振幅值中的最大振幅值。所述固有频率则相应地是配属于所述最大振幅值的频率值。所述最大振幅和所述固有频率相应地表征所述压电致动器的由相应的具有相应的脉冲能量的脉冲引起的运动。也有利的是，由不同的频谱的固有频率中确定最大的固有频率并且由配属于所述最大的固有频率的脉冲的脉冲能量-或者脉冲长度或者电流积分-求得所述空行程或者所述延时并且/或者由所述频谱的最大振幅中确定最小的最大振幅并且由配属于所述最小的最大振幅的脉冲的脉冲能量-或者脉冲长度或者电流积分-求得所述空行程或者所述延时。在此特别有利的是，向所述压电致动器加载具有按照时间顺序增加的脉冲能量的脉冲，并且在固有频率曲线已经超过局部的最大值时或者在振幅曲线已经超过局部的最小值时结束用脉冲加载的过程，其中所述固有频率曲线作为所述脉冲的脉冲能量或者加载时间或者加载量的函数包括所述固定频率，并且其中所述振幅曲线作为所述脉冲的脉冲能量或者加载时间的函数包括所述最大振幅。也就是说已经表明，所述固有频率曲线典型地对于相应的脉冲能量来说或者对于相应的加载时间来说具有局部的最大值，通过所述相应的脉冲能量或者相应的加载时间相应的脉冲刚好引起所述压电致动器的与空行程相对应的长度变化。相应地，根据经验所述振幅曲线对于所述脉冲能量来说或者对于所述加载时间来说具有局部的最小值，通过所述脉冲能量或者所述加载时间相应的脉冲刚好引起所述压电致动器的与空行程相对应的长度变化。通过加载具有按照时间顺序增加的脉冲能量的脉冲并且在超过所述固有频率曲线的局部的最大值之后或者在超过所述振幅曲线的局部的最小值之后结束所述加载过程这种方法，以特别节省时间和能量的方式来求取所述空行程，而在此没有触发不必要的喷射过程。附图说明本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。附图示出如下：图1a是喷射装置的剖面；图1b是来自图1a的详细视图；图2a是加载在压电致动器上的电压的时间上的曲线；图2b是电脉冲，在此向所述压电致动器加载所述电脉冲；图2c是所述压电致动器的长度变化的时间上的曲线；图2d是多个具有增加的脉冲能量的电脉冲，在此向所述压电致动器加载所述电脉冲；图3a-d是所述压电致动器以及阀活塞的在出现所述压电致动器的不同的偏移时的示意图；图5是由所述压电致动器的运动求得的频谱；图6是固有频率曲线和振幅曲线，由所述固有频率曲线和振幅曲线中能够相应地确定所述压电致动器与所述阀活塞之间的空行程；图7是高压储存器中的由于向所述压电致动器加载图2d的脉冲而产生的流体静力的压力的曲线；并且图8是用数学方法来表...