用于喷射阀的控制方法和喷射系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于把燃油喷射到内燃机中的喷射阀的控制方法，其中，在重复的喷射周期内，根据喷射阀的关闭部件的给定起升高度，分别产生至少一个控制信号，用于控制喷射阀的驱动机构，其中，利用控制信号来控制驱动机构，用来将关闭部件提升到给定起升高度，并借助驱动机构把关闭部件提升到实际起升高度，其中，检测至少一个与实际起升高度相关的测量参数，并根据所述至少一个测量参数来确定实际起升高度，其中，在至少一个后续的喷射周期内，根据实际起升高度与给定起升高度的偏差来产生控制信号。本发明还涉及一种相应的喷射系统。
【专利说明】用于喷射阀的控制方法和喷射系统
[0001]本发明涉及一种根据主权利要求的前序部分的用于将燃油喷射到内燃机中的喷射阀的控制方法。本发明还涉及一种根据并列主权利要求的前序部分的相应的喷射系统。
[0002]这种控制方法用于控制喷射阀，使得这些喷射阀尽可能精确地在预定的时间点打开和再次关闭，以便尽可能精确地把预定量的处于压力下的燃油喷射到内燃机中。通过这种方式，在一次喷射周期内除了主喷射外必要时还通过附加的预先喷射和/或在后喷射，可以提闻内燃机的效率，同时减少废气排放和减小噪声。
[0003]喷射阀通常也称为喷射器，它具有关闭部件，为了打开和关闭喷射器，可以借助伺服驱动机构(下面简称为驱动机构)来移动关闭部件。在喷射器的关闭状态下并不进行喷射，此时，关闭部件处于关闭位置(也称为封闭位置)，在该位置，关闭部件把喷射器的全部喷射开口都封闭。借助驱动机构，关闭部件可以从其关闭位置提升，以便通过这种方式至少打开某些喷射开口并引起喷射。
[0004]关闭部件通常具有喷嘴阀针，或者被设计成喷嘴阀针。于是，该喷嘴阀针在其关闭位置通常位于喷射器的所谓的针阀座上。为了移动关闭部件，喷射器的驱动机构包括执行器，该执行器通常被设计用于根据控制信号把关闭部件从关闭位置提升到起升高度，将该关闭部件保持在所述起升高度，和/或使得关闭部件又移动回到关闭位置。例如，该执行器可以由压电元件给定，压电元件由于充电过程或放电过程而扩展或回缩，并以此方式引起关闭部件的起升运动或关闭运动。也称为压电执行器的这种执行器尤其适合于使得关闭部件精确地无延迟地移动。特别是对于所谓的直接驱动的(压电)喷射器来说就是这种情况，据此，可以实现在压电执行器与关闭部件之间的直接的无延迟的力传递。这种直接驱动的喷射器例如由文献EP I 760 305 Al已知，在此援引其全部公开内容。
[0005]根据用于喷射阀的已知的控制方法，借助控制信号来控制喷射系统例如共轨喷射系统的喷射阀，已表明，采用这种控制方法常常会出现如下问题:喷射系统的结构相同的喷射阀对控制信号的响应特性相互间存在差别。喷射阀打开特性方面的差别是特别严重的问题，因为这种差别对喷射量和喷射时间点有特别明显的影响。
[0006]这种差别例如可能由制造误差、渐渐的磨损现象或其它可能也与时间有关的干扰影响而引起。由于磨损，例如压电执行器和关闭部件之间的间隙例如会随时间越来越大，使得喷射阀在控制喷射阀后经过确切已知的延迟才打开。例如文献DE 10 2008 023 373 Al记载了一种控制方法，采用这种方法可以考虑并补偿由于在压电执行器与关闭部件之间的上述间隙出现的空行程。在此规定，确定出由压电执行器施加到关闭部件上的力的力线的最大值的位置，并借助该最大值的时间位置反推出喷射阀实际打开的时间点。接下来把力线的最大值的位置用作控制方法的调节参数，并调节至给定值。
[0007]除了上述空行程外，喷射器对控制信号的响应特性还与很多其它影响因素和干扰有关，例如其它构件的磨损、喷嘴体温度、燃油黏度、燃油压力、驱动机构的压电元件温度以及还有压电元件的经历。
[0008]除了要求尽可能精确地调节喷射时间点和喷射量外，还日益要求调节喷射率。喷射率在此系指每单位时间喷射的燃油量。这种要求决定了控制方法的高控制品质，即使所用喷射器的响应特性特别是打开特性随时间改变和/或与相同结构类型的喷射器的所希望的特性或基准特性有所不同，所述控制品质也必须足够高。由于喷射系统的各个喷射器的打开特性不同，尤其已表明特别难以利用系统的各个喷射器实现相同的喷射率(等同替换)。
[0009]因此，本发明的目的是，提出一种用于把燃油喷射到内燃机中的喷射器的相应的控制方法，其以控制品质特别好见长，且能实现借助喷射器尽可能精确地把燃油喷射到内燃机中。在此特别是尽可能好地考虑或补偿所用喷射器的各自的响应特性或打开特性。除了补偿喷射器的因制造引起的误差外，在此同时还要尽可能完全地补偿如上所述的与时间相关的干扰因素，特别是喷射器的持续磨损或温度变化。还要提出一种相应的喷射系统，其适合于实施这种控制方法，其因而能实现尽可能精确地控制系统的喷射器，进而实现特别精确地规定喷射量和喷射时间点，其中，特别是尽可能好地考虑或补偿喷射器的响应特性或打开特性与结构相同的喷射器的基准特性的喷射器特有的偏差。
[0010]根据本发明，所述目的通过一种根据主权利要求的控制方法以及一种根据并列主权利要求的喷射系统得以实现。从属权利要求所述为本发明的改进和特定的实施方式。
[0011]据此，根据本发明的用于把燃油喷射到内燃机中的喷射阀的控制方法规定，在重复的喷射周期内，根据喷射阀的关闭部件的给定起升高度，分别产生至少一个控制信号，用于控制喷射阀的驱动机构，其中，利用控制信号来控制驱动机构，用来将关闭部件提升到给定起升闻度，并借助驱动机构把关闭部件提升到实际起升闻度。
[0012]对于本发明的方法来说关键的是，检测至少一个与实际起升高度相关的测量参数，例如通过直接的或间接的测量进行检测，并根据所述至少一个测量参数来确定实际起升高度。此外规定，在至少一个后续的喷射周期内，优选在直接后续的喷射周期内，根据实际起升高度与给定起升高度的偏差来产生控制信号。
[0013]本发明的用于把燃油喷射到内燃机中的喷射系统被设计用于实施本发明的方法。据此，这种喷射系统包括控制单元和至少一个喷射阀，喷射阀带有用于关闭喷射阀的关闭部件，其中，控制单元被设计用于在重复的喷射周期内，根据关闭部件的给定起升高度，分别产生至少一个控制信号，用于控制至少一个喷射阀的驱动机构。在此，一个喷射周期可以包含一个或多个单体喷射，例如主喷射和一个或多个预先喷射和/或在后喷射。
[0014]驱动机构被设计用于根据控制信号把关闭部件提升到给定起升高度。但由于从未完全避免的生产误差、磨损和其它干扰影响，实际上从未精确地实现该给定起升高度，而是仅以一定的精确度实现。关闭部件的实际上的起升高度称为实际起升高度。
[0015]对于本发明的喷射系统来说关键的是，控制单元被设计用于检测至少一个与关闭部件的实际起升高度相关的测量参数，例如通过直接的或间接的测量进行检测，并根据所述至少一个测量参数来确定实际起升高度，接下来在至少一个后续的喷射周期内，优选在直接后续的喷射周期内，根据实际起升高度与给定起升高度的偏差来产生控制信号。
[0016]通常根据对于实现所希望的喷射率来说必需的开度，优选考虑其它工作参数，t匕如燃油压力、温度和/或黏度来确定所述给定起升高度。在所谓的阀座节流工作中，利用关闭部件对燃油施加一定的节流作用，和/或喷射阀的多个喷射孔中仅有一些喷射孔应打开，而非全部都打开，针对这种工作方式预定一个给定起升高度，其小于喷射阀的最大的起升闻度。最大的起升闻度往往称为极限起升闻度，且通常由关闭部件的在关闭部件的关闭位置上方的机械止挡限定。
[0017]本发明基于如下认识:可以利用关闭部件的在控制喷射器即驱动机构之后实现的实际起升高度特别精确地可靠地表征给定喷射器的各自的打开特性。可以利用在给定起升高度与实际上实现的实际起升高度之间的所述偏差特别好地补偿制造误差、磨损和其它会影响喷射器的打开特性的干扰影响，具体方式为，对喷射器的后续控制进行相应的校正。因此可以利用该偏差作为控制偏差来实现用于喷射器的特别稳健的控制方法，采用所述方法因而还可以利用这种喷射器实现精确的喷射和高的控制品质，所述喷射器的打开特性不同于基准喷射器和/或随时间改变，例如因喷射器磨损而改变。
[0018]因而优选把实际起升高度与给定起升高度之间的偏差本身用作控制方法的控制偏差。这意味着，根据属于第一次控制的控制偏差，即该第一次控制的实际起升高度与给定起升高度之间的差，来校正后续控制，即后续控制的控制信号，使得后续控制的控制偏差小于第一次控制的控制偏差。通过这种方式可以实现精确地喷射燃油，而在此并不取决于喷射器的与基准一致的精确地预先给定的打开特性。
[0019]关闭部件的实际起升高度，即借助所述相关的一个或多个测量参数确定的实际上实现的起升高度，也可以由本身即为起升高度的明确量度的这种参数给定。在此，该量度或该参数的单位不必是长度单位，而是例如也可以是如下所述的时间单位或压力单位。特别可行的是，用作起升高度量度的该参数与所述相关的测量参数(之一)相同。在这种情况下，该测量参数本身因而被理解为并用作实际起升高度。
[0020]作为与实际起升高度相关且用于确定实际起升高度的测量参数，优选考虑如下这种测量参数:其本身受关闭部件的(在控制之后)实际上实现的实际起升高度影响，即在实际因果上取决于实际上实现的起升高度。对此将在下面提到多个范例。也可以利用多个这种参数来确定实际起升高度。通过这种方式可以特别可靠地确定实际起升高度，能轻易地识别出偏差，各种测量误差的影响可以显著地减小。
[0021]利用所述控制信号将驱动机构的至少一个调节参数传递到驱动机构上。在本发明的一种改进中规定，驱动机构具有用于移动关闭部件的压电执行器。于是利用控制信号，预先给定作为调节参数的用于给压电执行器充电的充电电流强度、充电电压和/或充电时间，并传递到压电执行器上。喷射器优选是直接驱动的压电喷射器，其因而如上所述实现了在压电执行器与关闭部件之间的直接的实际上无延迟的力传递。但原则上也可以设置磁性执行器。根据一种特别优选的改进，控制单元被设计用于利用由压电执行器产生的电信号来确定至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数。在这种情况下，驱动机构的压电执行器因而附加地用作用于测量所述测量参数的传感器即压电传感器。其范例将在下面介绍。
[0022]在一种改进中规定，在利用控制信号控制驱动机构之后，检测测量参数的实际值，该测量参数表征驱动机构，例如驱动机构的当前状态、当前的运动状态或当前的动态状态。驱动机构的状态优选是在时间上位于实现实际起升高度之前的状态，从而实际起升高度优选在实际因果上取决于表征该状态的测量参数的实际值。在至少一个后续的喷射周期中，在产生控制信号时考虑所述测量参数的该实际值与给定值的偏差。为此可以相应地设计控制单元。在此可以规定，所述测量参数的实际值用作控制方法的次级控制回路的调节参数。例如可以规定，作为这种测量参数，采用驱动机构的压电执行器的充电能量，或者也采用驱动机构的随时间变化的力曲线或该力曲线的特征参数比如力最大值。已在开篇介绍了采用力最大值作为喷射器控制方法的调节参数，用于补偿空行程和由此引起的打开特性延迟。
[0023]特别是在所实现的实际针阀升程取决于表征驱动机构的所述测量参数的实际值时，利用表征驱动机构状态的测量参数，可以实现特别稳健的级联控制。按照这种级联控制，控制方法包括对表征驱动机构的测量参数的控制，作为另一“次级的”控制回路。在此优选将针阀升程用作该方法的“外部”控制回路的调节参数，并将压电执行器的充电状态或充电能量用作次级控制回路的调节参数。为此可以相应地设计控制单元。此点将在下面借助一个特定的实施例予以进一步介绍。
[0024]优选尽可能直接在控制喷射器之后对表征驱动机构的测量参数进行测量，优选每个喷射周期至少测量一次，特别优选在喷射器的每个独立的控制之后进行测量。
[0025]根据一种实施方式，喷射系统包括针阀升程传感器，利用该传感器直接测量实际针阀升程。但为了节省由这种针阀升程传感器带来的附加成本，优选测量并采用其它与实际针阀升程相关的测量参数，用于确定实际针阀升程。相关范例将在下面介绍，而非随后就介绍。
[0026]在一种实施方式中规定，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，作为在关闭时间点与关闭部件朝向关闭位置的关闭运动的先前的开始时间点之间的时间差，关闭部件在所述关闭时间点到达关闭位置。在此，利用驱动机构在开始时间点引起关闭运动。可以利用相应的控制信号来控制驱动机构，用于引起这种关闭运动，由此确定关闭运动的开始时间点。
[0027]关闭时间点优选借助压电执行器本身来检测，其方式为，测量压电执行器中的由于关闭部件到达关闭位置引起的电信号，并利用相应设计的控制单元予以分析。所述时间差是关闭运动的持续时间，即关闭部件为了从实际起升高度返回到关闭或封闭位置所需要的时间。由于在该时间差与实际起升高度之间存在明确的关系，所以该时间差本身可以用作实际起升高度的量度。但也可以规定，在另一方法步骤中由该时间差确定实际起升高度，要么利用相应的(时间积分的)其中加入有时间差的运动方程进行确定，要么利用相应的特性曲线族进行确定，在该特性曲线族中存储有时间差与相关实际起升高度的值对，以及必要时存储有其它工作参数，比如燃油温度和压力。为此可以相应地设计控制单元。
[0028]还可以规定，至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数由电容给定，驱动机构的压电执行器在关闭部件处于实际起升高度时所在的时间点具有该电容。优选直接在起升运动之后的时间点，在用于起升运动的控制信号结束时，或者在关闭运动的开始时间点，即直接在用于引起关闭运动的控制信号之前，确定所述电容。在此可以利用已知的公式C=Q/U或C= [I(t)dt]/U来计算电容，其中，例如在先前的充电时间时段内，必要时在关闭部件保持在实际起升高度的随后的保持时段内，在一个喷射周期内进行积分。于是并不直接测量电容本身，而是测量压电执行器的充电或放电电流的时间曲线，并测量施加在压电执行器上的电压。
[0029]还可以利用喷射系统的流量传感器测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，作为燃油喷射率。然后接下来根据喷射率在喷射期间确定实际起升高度。为此可以相应地设计控制单元。
[0030]还可以规定，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，在喷射阀中，在通至喷射阀的供给管路上，和/或在蓄压器内，检测燃油的由于喷射燃油引起的压力降，并从中计算出喷射量、喷射率，最后计算出实际起升高度。
[0031]喷射系统还可以包括用于测量所述压力降的压力传感器。还可以规定，检测至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，作为内燃机的由喷射引起的转速变化。该转速变化例如可以借助转速传感器来确定，该传感器通常设置在内燃机的驱动轴或连杆上。由转速变化可以计算出喷射的燃油量、喷射率，最后计算出实际起升高度。
[0032]还可以借助喷射系统的气缸压力传感器来测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，作为内燃机气缸中的由喷射引起的压力变化。由压力变化可以反算出喷射的燃油量、喷射率，最后反算出实际起升高度。
[0033]最后，可以借助喷射系统的爆震传感器来测量至少一个测量参数中的至少一个测量参数，作为由于喷射到内燃机气缸中的燃油燃烧引起的气缸固体声。由固体声强度可以反算出喷射的燃油量、喷射率，最后反算出实际起升高度。
[0034]因而可以接下来根据所述测量参数来确定喷射率，其中，根据喷射率可以确定喷射期间的实际起升高度。为此优选考虑其它工作参数，比如燃油黏度和温度。控制单元可以相应地被设计用于对相应的测量信号进行分析和用于执行必要的计算操作。
[0035]在控制单元的情况下，术语“被设计”的含义可以是，存在相应的程序技术的设备，或者对控制单元进行相应的编程。为此，控制单元通常具有合适的存储介质以及计算单元，必要时还有其它存储媒介以及相应的数据接口，用于实施所述的相应方法步骤，针对这些方法步骤分别设计控制单元。在驱动机构或系统的其它机械作用的组件情况下，术语“被设计”的含义可以是对相应组件的相应设计、改造、构造，或者是这些组件与系统的其它组件特别是控制单元的机械的或信号技术的作用连接。
[0036]下面借助一个在图广3中示意性地示出的特定的实施例详述本发明。其中:
图1示出这里提出类型的喷射系统；
图2示出这里提出类型的控制方法的步骤；和
图3为图1中所示的喷射系统的三个结构相同的喷射阀的关闭部件的实际起升高度的时间曲线。
[0037]图1中示意性示出这里提出类型的喷射系统1，该喷射系统被设计用于实施这里提出的控制方法的一种特定设计。该系统I包括控制单元2和多个例如四个结构相同地设计的喷射阀3，但为明了起见，这里仅示出了其中的一个喷射阀，下面对其予以介绍。控制单元的程序技术的设备同样仅针对这个喷射阀3进行介绍，尽管也对其它喷射阀进行相应的编程。因此，这里所述的方法步骤(也参见图2)也针对于喷射系统I的每个独立的喷射阀。
[0038]喷射阀3分别具有被设计成喷嘴阀针的设置在不同平面上的关闭部件4，用于打开和关闭喷射阀3的喷射开口 5。喷射阀因而是所谓的可变喷嘴。因此，视喷嘴阀针的实际起升高度而定，有些喷射开口 5可以打开，于是经由这些喷射开口喷射燃油，而其它布置在较高处的喷射开口 5则保持关闭。如果并非全部喷射开口 5都打开，则喷射阀通常处于阀座节流工作中。针对这种工作方式预定了给定起升高度，其小于喷射阀的由机械止挡规定的最大起升高度。因而通过实际起升高度来调节喷射阀的开度。控制单元2被设计用于视所希望的喷射率而定根据燃油的温度、黏度和压力来确定喷射阀3的相关开度，并由该开度计算出关闭部件3的对于实现该开度必需的给定起升高度。[0039]控制单元2还经过编程，用于在可重复的喷射周期内根据所计算的给定起升高度分别产生至少一个用于控制喷射阀3的驱动机构6的控制信号。在每个喷射周期内都可以借助相继的控制信号进行多次单体喷射，根据相应的控制信号，这些单体喷射在其喷射量及其喷射率时间曲线方面可以互不相同。
[0040]利用控制信号，根据给定起升高度来确定驱动机构6的调节参数，并传递到驱动机构6上。按照所示范例，驱动机构由压电执行器给定。采用压电执行器的充电时间作为调节参数。替代于或附加于充电时间，还可以采用可调节的充电电压和/或可调节的充电电流作为调节参数。驱动机构6被设计用于根据控制信号将关闭部件提升到给定起升高度。在此，利用控制信号将压电执行器充电至特别是取决于充电时间的充电能量，从而压电执行器由于压电效应而扩展，且关闭部件处于起升运动中，直至到达实际起升高度。喷射阀是直接驱动的压电喷射器，其保证在驱动机构6与关闭部件之间的直接的实际上无延迟的力传递。
[0041]由于喷射阀特别是关闭部件4和针阀座3’(关闭部件4在其关闭位置位于该针阀座上)的生产误差和磨损，以及由于其它已经提到的干扰影响，很少精确地到达所希望的给定起升高度。也就是说，在关闭部件4的实际上实现的实际起升高度与给定起升高度之间通常有偏差。控制单元2因此还被设计用于检测多个与关闭部件4的实际起升高度相关的测量参数，这些测量参数分别受实际上实现的实际起升高度影响，并与其相关。控制单元2在编程技术上还被设计用于根据这些测量参数来确定实际起升高度，接下来根据实际起升高度与给定起升高度的偏差来产生后续的喷射周期的至少一个后续的单体喷射的控制信号。在此，实际起升高度与给定起升高度之间的偏差用作控制方法的控制偏差，也就是说，对后续控制的控制信号进行校正，从而减小后续控制偏差。
[0042]控制单元2被设计用于控制驱动机构6，用来关闭喷射阀3。由于相应的在该范例中由导致压电执行器放电和回缩的放电电流给定的控制信号，关闭部件4处于朝向关闭位置即朝向针阀座3’的关闭运动中。在关闭部件4到达针阀座3’时，将有回冲传递到压电执行器上，该回冲在压电执行器6中引起电脉冲。控制单元2被设计用于利用该电脉冲来确定关闭时间点。所述电脉冲即为通报关闭时间点的测量信号。压电执行器因而附加地用作用来探测关闭部件到达关闭位置的传感器。接下来，控制单元2计算在关闭运动的开始时间点与关闭时间点之间的时间差，该开始时间点由相应的控制信号的传递时间点给定。该时间差用作实际起升高度的量度。附加地或替代地可以规定，实际起升高度本身由该时间差确定，例如借助运动方程或者借助相应的特性曲线族来确定，如上面已述。
[0043]此外，借助控制单元2来确定驱动机构6的压电执行器的电容，压电执行器直接在控制信号之前在关闭运动的开始时间点具有该电容。该电容利用已知的公式C= [I(t)dt]/U来计算，其中，从起升运动的开始时间点到接下来的关闭运动的开始时间点进行积分。
[0044]附加地，燃油的喷射率借助喷射系统I的配属于喷射系统的流量传感器7来测量，并利用控制单元2根据喷射率来确定喷射期间的实际起升高度。
[0045]在喷射阀3中，利用喷射阀3的压力传感器8检测喷射阀中的由于喷射燃油引起的燃油压力下降。也可以在蓄压器10上或者在喷射系统I的高压泵11上设置位于把蓄压器10与喷射阀连接起来的供给管路9上的(其它)压力传感器，以便测量这些组件上的相应的燃油压力变化。原则上，这种压力传感器或流量传感器也可以设置在预输送泵26上，利用该预输送泵把燃油从罐26输送至高压泵25。
[0046]此外，检测内燃机12的由于喷射引起的转速变化，利用喷射阀3把燃油喷射到该内燃机的气缸13中。这种转速变化利用设置在内燃机12的驱动轴15上的转速传感器14来检测。
[0047]附加地利用系统的设置在气缸13上的气缸压力传感器16检测系统中的由于喷射引起的压力变化。此外，在气缸上设置有系统I的爆震传感器17，利用该爆震传感器检测气缸的由于喷射到气缸13中的燃油燃烧引起的固体声。
[0048]根据所述测量参数，借助相应地编程的控制单元2来确定相应喷射的喷射率，接下来根据该喷射率分别计算相关的实际起升高度，其中，对其它工作参数比如特别是燃油的黏度和温度予以考虑。控制单元为了传递信号而与传感器6、7、8、14和16连接，且在程序技术上被设计用于分析这些传感器的相应的测量信号，以及用于进行必要的计算操作，以便由测量信号确定实际起升高度。此外，控制单元2被设计用于利用采用这种方式计算的实际起升高度来检查上述时间差，必要时对时间差的值予以校正。
[0049]根据一种简单的实施方式，利用在关闭运动的开始时间点与关闭时间点之间的所述时间差和/或利用压电执行器的电容来确定实际起升高度，而无需采用上述方式利用传感器7、8、14、16和17的测量值。于是可以省去这些传感器7、8、14、16和17，由此可以实现系统的简单的结构。
[0050]附加地，在每次控制驱动机构5之后，检测驱动机构5的压电执行器的充电电能的实际值，即表征驱动机构的当前状态的测量参数。尽可能在每次控制驱动机构之后紧接着就测量能表征驱动机构的测量参数的实际值。
[0051]接下来把充电电能的实际值用作控制方法的次级控制回路的控制参数，也参见图2和如下相关说明。在此，充电电能的实际值与充电电能的给定值的偏差被理解为次级控制回路的控制偏差，且用于针对后续喷射对驱动机构的控制信号或调节参数即此种情况下的压电执行器充电时间进行校正，从而减小次级控制回路的控制偏差。相反，根据起升高度的控制偏差，即实际起升高度与给定起升高度的通过对驱动机构6的控制实现的偏差，(必要时)对次级控制回路的给定值即压电执行器的给定充电能量进行校正，从而减小起升高度的控制偏差。对次级控制回路的给定值的这种校正因而间接地导致对调节参数的校正。
[0052]因而在本范例中，控制方法被设计成级联控制的形式，也参见图2，据此，充电电能的给定值与实际起升高度和给定起升高度有关。如果例如实际起升高度小于(或大于)给定起升高度，即如果相关控制偏差的值是正的(或负的)，然后就针对驱动机构的下一次控制提高(或降低)充电电能的给定值。接下来，根据提高(或降低)的充电电能给定值来确定控制信号，使得调节参数即充电时间的值相应地增大(或减小)，从而采用这种方式在下一次控制驱动机构时实现较大的(或较小的)实际针阀升程，进而实现实际针阀升程与给定针阀升程之间的较小的控制偏差，也参见图3。
[0053]为了实施所述方法步骤，控制单元2包括计算单元18以及第一 PI调节器20和第二 PI调节器21，该计算单元带有数据存储器19，其在程序技术上实施控制方法。
[0054]在图2中示意性地示出了所提出的调节方法的该特定的级联式设计的上述一些步骤。在第一步骤SI中，首先根据下次喷射的所希望的喷射率利用计算单元18来确定上述时间差形式的相关的给定起升高度。在第二步骤S2中，把给定起升高度的该时间差与先前的单体喷射的实际达到的实际起升高度的时间差相比较，并计算实际起升高度与给定起升高度之间的控制偏差，即两个相关时间差之间的差。实际起升高度例如可以是直接先前的单体喷射的实际起升高度，如果针对该单体喷射预先给定了相同的给定起升高度。在其它情况下采用先前单体喷射的存储在数据存储器19中的实际起升高度，针对该单体喷射确定了相同的给定起升高度。
[0055]根据计算的控制偏差，利用第一 PI调节器20确定压电执行器的预先控制-充电能量的校正值。该预先控制-充电能量在步骤S4中根据给定起升高度从存储在数据存储器19中的预先控制特性曲线族读出。在步骤S5中，利用计算单元18把第一 PI调节器的所述校正值与充电能量的预先控制值相加。由此得到用于次级控制回路的充电能量的给定值。
[0056]在步骤S6中，利用计算单元19来确定在充电能量的该给定值与充电能量的实际值之间的控制偏差，所述实际值在上述先前的单体喷射中测得。在步骤S7中，利用计算单元18根据该控制偏差借助第二 PI调节器21确定充电时间的预先控制值的校正值。在步骤S8中，根据充电能量的给定值，从存储在数据存储器19中的预先控制特性曲线族读出充电时间的预先控制值。在步骤S9中，利用计算单元18把该校正值与预先控制值组合形成充电时间的调节值。在步骤SlO中，利用控制单元2的末级22产生充电电流脉冲形式的控制信号，其持续时间等于该充电时间，并将该控制信号传递至驱动机构6的压电执行器，从而压电执行器被充电至新的实际充电能量。通过对压电执行器的所述充电，引起压电执行器的长度变化，关闭部件4被提高至新的实际起升高度。
[0057]在控制方法的一种略微简单但仍稳健的设计中，省去对充电能量的上述次级控制。于是，根据给定起升高度与实际起升高度之间的控制偏差，直接校正调节参数即充电时间的值，从而减小下次喷射的控制偏差。于是因而省去步骤S6飞9，其中，在步骤S3中，根据实际起升高度与给定起升高度之间的控制偏差，利用计算单元18借助PI调节器20确定充电时间的校正值，在步骤S4中，根据给定起升高度，从存储在数据存储器19中的预先控制特性曲线族读出充电时间的预先控制值。在步骤S5中，从校正值和预先控制值计算出充电时间的所得到的值。然后是如上所述的步骤SlO和S11。
[0058]因而在所述控制方法中，根据所确定的控制偏差来确定校正值，利用该校正值对从一在所示范例中用于充电能量或充电时间的一预先控制特性曲线族读出的给定值或控制参数进行校正。按照这里所述的实施例，PI调节器20和21的传递特性未改变。原则上，这当然也是可行的。因而例如可以规定，所用的调节器的传递特性或传递功能根据所确定的控制偏差自动地适应于喷射器的随时间变化的打开特性或其它随时间变化的干扰参数，从而因此实施所谓的自适应控制方法。
[0059]在图3中，上面的时间曲线图示出了系统的三个结构相同的喷射阀3的关闭部件4的起升高度h的时间曲线。所示的起升高度小于喷射阀的由机械止挡规定的极限起升高度，从而每次都是仅仅最下面的喷射开口 5打开。所产生的单体喷射因而分别仅具有减小的喷射率(阀座节流工作方式)。
[0060]下面的时间曲线图分别以实线示意性地示出了用于打开喷射阀3的控制信号23的或者用于关闭该喷射阀的控制信号24的充电电流强度I的时间曲线。为了说明控制方法，在这种情况下，利用用于打开的相同的控制信号23在相同的时间点扒控制三个喷射阀，用于实现给定起升高度h。但对于所提出的方法来说，无需对喷射阀进行同步控制。在这种简单的情况下，控制信号23由充电电流脉冲给定，其具有恒定的充电电流强度Itl，且充电持续时间为T=t(l-tA，利用该充电电流脉冲给喷射阀3的压电执行器充电。可见，尽管有相同的控制23，关闭部件3却提升至不同的实际起升高度hp h2和h3。
[0061]在用于打开喷射阀的控制之后就是保持阶段，在该保持阶段中将关闭部件4保持在分别实现的实际起升高度Iiph2和h3。在开始时间点ts利用由放电电流脉冲给定的控制信号24控制喷射阀。由于压电元件与关闭部件之间的直接的实际上无延迟的力传递，关闭部件分别实际上无延迟地处于朝向相应关闭位置的关闭运动中。可见，由于不同的实际起升闻度Iiph2和h3,关闭部件却在不同的关闭时间点I^t2和t3到达相应的关闭位置。所实现的实际起升高度越大，关闭时间点tpt2或t3与开始时间点ts之间的时间差就越大。这解释了该时间差与实际起升高度之间的上述明确的关系，从而该时间差如上所述可以用作起升高度的量度，进而也可以用作调节参数的量度。
[0062]在所示范例中为了进行介绍，实际起升高度匕等于预定的给定起升高度Iv从而给定了时间差ts-t2的对应的给定值。因此，已提升到h2的喷射阀的控制偏差在该次单体喷射中等于O。因此，针对于该喷射阀，随后并不校正充电时间τ。对于提升到实际起升高度h!的喷射阀来说，存在一个正的控制偏差t2 - tpO，从而在后续的单体喷射中提高充电能量的给定值，进而也将充电时间延长了校正值Λ+(参见虚线曲线)。对于提升到实际起升高度h3的喷射阀来说，存在一个负的控制偏差t2 - t3〈0，从而在后续的单体喷射中减小充电能量的给定值，进而也将充电时间缩短了校正值Λ _ (参见虚线曲线)。以后在必要时重复对充电能量和充电时间的这种校正，直至对于三个喷射阀中的每一个来说都至少在预定的精确度极限内实现给定起升高度h2。这也称为喷射系统的喷射阀的等同替换。
【权利要求】
1.一种用于把燃油喷射到内燃机中的喷射阀的控制方法，其中，在重复的喷射周期内，根据喷射阀的关闭部件的给定起升高度，分别产生至少一个控制信号，用于控制喷射阀的驱动机构，其中，利用控制信号来控制驱动机构，用来将关闭部件提升到给定起升高度，并借助驱动机构把关闭部件提升到实际起升高度， 其特征在于， 检测至少一个与实际起升高度相关的测量参数，并根据所述至少一个测量参数来确定实际起升高度，其中，在至少一个后续的喷射周期内，根据实际起升高度与给定起升高度的偏差来产生控制信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，驱动机构具有用于移动关闭部件的压电执行器；利用控制信号预先给定用于给压电执行器充电的充电电流强度、充电电压和/或充电时间。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在利用控制信号控制驱动机构之后，检测表征驱动机构状态的测量参数的实际值，且在至少一个后续的喷射周期中，在产生控制信号时考虑所述测量参数的该实际值与给定值的偏差。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，把表征驱动机构状态的测量参数的实际值用作次级控制回路的调节参数。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，采用驱动机构的压电执行器的充电能量作为表征驱动机构状态的测量参数。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了移动关闭部件，以及为了测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，采用驱动机构的压电执行器。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，检测在关闭时间点与关闭部件朝向关闭位置的关闭运动的先前的开始时间点之间的时间差，关闭部件在所述关闭时间点到达关闭位置。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，检测驱动机构的压电执行器在关闭部件处于实际起升高度时所在的时间点具有的电容。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，在喷射阀中，在通至喷射阀的供给管路上，和/或在蓄压器内，检测燃油的由于喷射燃油引起的压力降。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，利用喷射阀的流量传感器测量燃油喷射率。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，检测内燃机的由喷射引起的转速变化。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个与实际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，借助气缸压力传感器来检测内燃机气缸中的由喷射引起的压力变化。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量至少一个测量参数中的至少一个测量参数，其方式为，借助爆震传感器来检测由于喷射到内燃机气缸中的燃油燃烧引起的气缸固体声。
14.一种用于把燃油喷射到内燃机中的喷射系统，包括控制单元和至少一个喷射阀，喷射阀带有用于关闭喷射阀的关闭部件，其中，控制单元被设计用于在重复的喷射周期内，根据关闭部件的给定起升高度，分别产生至少一个控制信号，用于控制至少一个喷射阀的驱动机构，其中，驱动机构被设计用于根据控制信号把关闭部件提升到给定起升高度，其特征在于，控制单元还被设计用于检测至少一个与关闭部件的实际起升高度相关的测量参数，根据所述至少一个测量参数来确定实际起升高度，接下来在至少一个后续的喷射周期内，根据实际起升高度与给定起升高度的偏差来产生控制信号。
15.如权利要求14所述的喷射系统，其特征在于，驱动机构具有压电执行器；控制单元被设计用于利用控制信号预先给定用于给压电执行器充电的充电电流强度、充电电压和/或充电时间。
16.如权利要求14或15中任一项所述的喷射系统，其特征在于，控制单元被设计用于利用由压电执行器产生的电信号来确定至少一个与实`际起升高度相关的测量参数中的至少一个测量参数，驱动机构的压电执行器。
17.如权利要求1-16中任一项所述的喷射系统，其特征在于，控制单元被设计用于根据在关闭部件到达关闭位置时的关闭时间点与关闭部件朝向关闭位置的关闭运动的先前的开始时间点之间的时间差来确定实际起升高度。
18.如权利要求1-17中任一项所述的喷射系统，其特征在于，控制单元用于实施根据权利要求广13中任一项的至少一种方法。
【文档编号】F02D41/20GK103502614SQ201280022940
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月18日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】P.M.鲁泽, A.施瓦特, H-J.维霍夫 申请人:大陆汽车有限公司