專利名稱：用于為噴射脈沖形成電控制信號的方法和裝置的制作方法
用于為噴射脈沖形成電控制信號的方法和裝置 本發(fā)明涉及一種根據(jù)并列權(quán)利要求1和10的類屬的、用于為共軌噴射系統(tǒng)或泵噴
嘴噴射系統(tǒng)的位置可調(diào)節(jié)的燃料噴射器的噴射脈沖形成電控制信號的方法和裝置。 已知一種燃料噴射器，其例如構(gòu)造有壓電執(zhí)行元件。壓電執(zhí)行元件具有在一側(cè)將電信號極其快速地轉(zhuǎn)換成機械式往復直線運動的特性。此外，壓電執(zhí)行元件具有在機械壓力負荷時給出電信號的特性，以至于其同時可用作用于獲知燃料噴射器中或噴射系統(tǒng)中主要壓力的傳感器。 借助于執(zhí)行元件的機械式往復直線運動來控制噴嘴針，利用該噴嘴針可使得在噴嘴單元之內(nèi)的噴射孔不同程度地打開。通過獲知燃料噴射器中的實際壓力或動態(tài)壓力變化，可推知噴嘴針的往復直線運動。因而，在相應地形成電控制信號時，噴嘴針可調(diào)整到一定的預定位置上。 已知的用于控制燃燒機的電子管理系統(tǒng)還不能借助于位置可調(diào)節(jié)的燃料噴射器來充分程度地實現(xiàn)內(nèi)燃機的低排放和低消耗運行。 還已知的是，基本上可通過氣體交換和燃料噴射量以及通過噴射速率的變化過程
來影響內(nèi)燃機汽缸內(nèi)的混合氣形成過程。到目前為止該問題通過如下方式解決，即所應用
的燃料噴射器通過構(gòu)造上的措施獲得相應的液壓機械特性。然而，此措施肯定不足以滿足
對未來燃燒方法的所有要求，尤其是在考慮到計劃的法律條例的要求時。 另一問題還在于，迄今仍沒有圓滿解決精確獲知實際所噴射的燃料量以及噴射時
間點的問題。尤其會由于以下原因而出現(xiàn)該問題，即制造所應用的燃料噴射器將不可避免
的具有制造公差，使得至今不能圓滿解決精確獲知實際所噴射的燃料量問題。 本發(fā)明的目的在于，提供一種方法或裝置，鑒于優(yōu)化燃燒過程，利用該方法或裝置
來改善內(nèi)燃機汽缸中的燃料噴射。 此目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的特征和根據(jù)權(quán)利要求10所述裝置的特征來實現(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明用于為位置可調(diào)節(jié)的燃料噴射器的噴射脈沖形成電控制信號而具有根據(jù)并列權(quán)利要求1和10所述區(qū)別特征的方法或裝置具有如下優(yōu)點，即可自由選擇噴射脈沖的形成。從而，可為預定噴射量任意地形成電控制信號。由此，可將燃料噴射或混合氣形成調(diào)整并優(yōu)化到理想過程。尤其有利的是，系統(tǒng)開發(fā)人員現(xiàn)具有更大的自由度并且可尤其自由地形成一個或多個脈沖邊沿和/或至少另一個幅度。本發(fā)明的另一方面也在于，噴射脈沖的設(shè)定總量不依賴于電控制信號的形成而保持恒定。由此避免對內(nèi)燃機的扭矩產(chǎn)生不希望的能量效果。 通過在并列權(quán)利要求中實施的措施，給出對權(quán)利要求1中給出方法的有利改進方案和改善。尤其有利的是，電控制信號首先構(gòu)建有具有較小幅度的中間電平，使得燃料噴射器的噴嘴針在打開噴射孔時運動到中間位置。由此，可噴射預定燃料量的第一部分量。
為了為第一部分量形成電控制信號，在本發(fā)明的其他方案中，預定噴射速率變化。
第一部分噴射的另一自由度也在于，為燃料噴射器預定保持在中間位置的保持時間。通過改變噴射速率變化和/或中間位置的保持時間，可幾乎任意地產(chǎn)生噴射特性并由
3此進一步優(yōu)化內(nèi)燃機汽缸中燃料_空氣混合物的燃燒。 在本發(fā)明的其他方案中設(shè)計為在預定噴射量的第二部分噴射開始時，將電控制信號變換到具有更高幅度的更高電平上。由此，燃料噴射器的噴嘴針調(diào)節(jié)到第二保持位置，以實現(xiàn)第二 、更高水平的燃料噴射。
根據(jù)本發(fā)明還設(shè)計為為噴嘴針的打開時間預定第二保持時間。 本發(fā)明的另一方面在于，中間電平的數(shù)量、保持時間的數(shù)量和/或噴射速率變化的數(shù)量是可任意選擇的。由此，可極其簡單地適配到噴射過程的每個任意設(shè)計。在將噴嘴針支撐在其閥座上時，可尤其有針對性地捕獲噴嘴針。由此，以較佳的方式得到更好的燃料
量劑量的可重復性以及噪音生成的降低。此外，與較小的燃燒噪音相結(jié)合，也改善了行駛舒適性。
本發(fā)明的實施示例在附圖中示出并且在下述說明中詳細說明。

圖1A、1B、1C示出了三個圖表，該三個圖表表示了執(zhí)行元件上控制電流和控制電壓的變化過程以及與所噴射燃料量的時間關(guān)系， 圖2示例性示出具有兩個根據(jù)本發(fā)明的控制信號的第二圖表，
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的示意結(jié)構(gòu)，禾口
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的框圖。 為了更好地理解本發(fā)明，下文首先詳細說明在圖1A、1B、1C中所示的圖表。三個圖表示出了燃料噴射器的壓電執(zhí)行元件的控制電流1、控制電壓U隨時間的變化過程以及所噴射燃料量隨時間的相應變化過程。 圖1A中示出了依賴于時間t的電流I，該電流I可直接在壓電執(zhí)行元件上測得。壓電執(zhí)行元件具有電容特性，也即當電壓上升時在執(zhí)行元件中流過正的充電電流，并且當電壓降低時流過負的電流。當沒有電壓變化時，電流返回到0。 如上所述，壓電執(zhí)行元件還具有傳感器特性。尤其已知的是，在上升電流邊沿或下降電流邊沿之后，形成不同程度的電流變化過程的顯著波動。例如通過噴嘴針碰撞其閥座而形成此波動。然而，該波動也由于燃料壓力的波動而形成，燃料壓力通過打開或閉合噴油嘴的噴射孔來確定。因而，通過相應構(gòu)造電控制信號的形成，可由此獲知并可控地控制也稱為座顫動(Sitzprelhmg)的波動。出于此原因，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計了 在指定的噴射量的噴射脈沖的情況下，首先噴射至少一個或多個部分量，隨后在噴嘴針的進一步打開的狀態(tài)時噴射剩余燃料量。此外，可將作為電控制信號的上升邊沿的噴射速率變化和中間電平的幅度和/或保持時間預定為可自由選擇的參數(shù)。由噴射速率變化對于保持時間的積分給出實際噴射的燃料量，如后續(xù)更詳細說明那樣。 參考圖1A可知，在圖表的左半部分中，至時間點t = 0為第一電流脈沖。此后，電流降低至值0。在t二5.7時，為第二電流脈沖，該第二電流脈沖比第一電流脈沖寬。至時間點t = IO，為第三負電流脈沖以及至時間點t = 12時為第四負電流脈沖。
詳細研究單個電流脈沖的邊沿。 類似于電流變化過程I，在圖1B的圖表中記錄了壓電執(zhí)行元件上的電壓變化過程U。至時間點t二0，電壓以預定邊沿上升至大約50伏特的中間值。此后，為較長的保持時間，直到電壓于時間點t = 5. 7時，與圖1A的第二電流脈沖并行上升到大約140伏特。電壓大約保持在此范圍中，直至t = 10時電壓以預定邊沿降低至另一中間電平，例如50伏特。在另一較短保持時間之后，電壓再次降低至值0。 下降電壓邊沿分別對應于壓電執(zhí)行元件上的下降電流。 類似于圖1A和IB兩個圖表，圖1C中繪出所產(chǎn)生的噴射量O 。 由于機械和液壓延遲，實際噴射大約在t = 1時以大約為0=2.5的峰值開始。此后，噴射量O以預定邊沿降低，然后最終在大約t = 6. 5時上升，在t = 8. 5上升至大約為0=7的預定值。在此范圍中，實現(xiàn)較大部分量的噴射，直至時間點t = 12噴射脈沖以另一預定噴射速率變化0降低至大約為0。 3個圖表的表示在10—A秒范圍中、在相當?shù)臅r間軸t上進行。 如圖1A、1B、1C三個圖表可見的那樣，根據(jù)本發(fā)明可以以極其簡單的方式通過為
電控制信號預定相應的電壓變化過程來控制噴射量O或噴射速率O 。此外，可通過相應的曲線變化過程，相關(guān)于噴射速率有利地影響噴嘴針的座節(jié)流(Sitzdrosselimg)及其穩(wěn)定性。
圖2示出了具有用于形成電控制信號的例如兩個根據(jù)本發(fā)明的曲線1和2的圖表。在此圖表中示出了所有參數(shù)，通過這些參數(shù)可影響噴射變化過程。為此，在圖表中在Y軸上繪出噴射速率(每時間單元的噴射量)0并且在X軸上繪出時間t。曲線1和2作為示例示出了不同的控制信號或不同的噴射變化過程。由于曲線l和2示意性地具有相同的變化過程，下文中僅詳細說明曲線1。曲線2與其的不同僅在于較小的噴射速率O幅度和較小的噴射速率變化^幅度。 曲線1首先從值0開始上升直至在時間段^之內(nèi)達到第一噴射速率《。噴射速率變化為值^。隨后，在保持時間A^期間噴射速率《保持恒定。此后，在時間段t2之內(nèi)，電控制信號以噴射速率變化02上升到噴射速率02 。此后，噴射速率4在時間段△ t2期間保持恒定。隨后，曲線l在時間段A^期間降低至值0。為下降邊沿選擇噴射速率變化03?？筛淖兏鶕?jù)本發(fā)明的電控制信號的該原理上的變化過程，例如曲線2所示。為曲線2選擇較低的噴射速率變化《、02、 ^3。噴射時間tl、t2和t3與曲線l相同。僅將最大噴射速率《、02降低。由此，使得總噴射量減少，其中該總噴射量通過積分形成可極其簡單地計算獲得，如下所示。 為了確定用于控制位置可控制的燃料噴射器的電控制信號，目前僅應用下列參數(shù) 噴射速率變化^2,
噴射時長t2，
噴射速率02 ,
保持時間Aty禾口
噴射速率變化^ 然而，對于未來的噴射方法而言，在壓電運行噴射系統(tǒng)的情況下，所述參數(shù)并不充分。因而，根據(jù)本發(fā)明建議，對已知參數(shù)擴展如下參數(shù)
噴射速率變化^ ，
時間段tl，
噴射速率《，
保持時間At" 根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)是可自由選擇的。在本發(fā)明的其他方案中設(shè)計了 為其他中間 電平構(gòu)造電控制信號。 在該實施示例中，出于簡化原因僅示出了單個部分量。該部分量通過根據(jù)本發(fā)明 的、新的參數(shù)來確定 第一部分量在時間段^之內(nèi)以噴射速率變化《上升至噴射速率《。噴射速率0在 保持時間A^期間保持恒定。隨后，在時間段^之內(nèi)以噴射速率變化^2達到噴射速率^2。 噴射速率02在保持時間A^期間保持恒定。隨后，控制信號在時間段A^期間并以噴射速 率變化&降低至值0。 通過對總曲線的積分形成計算總噴射量。 對于本發(fā)明重要的是，額外參數(shù)的變化對于預定燃料噴射的計劃總量不產(chǎn)生影 響。在此尤其必要的是，變換所希望的噴射速率及其噴射速率變化過程。此外還需考慮的 是，電控制參數(shù)還對執(zhí)行元件線路中的液壓參量產(chǎn)生相應的影響。在考慮所有因素后，能夠 精確和可重復地確定實際噴射燃料量，使得可最佳地調(diào)節(jié)燃料_空氣混合物的燃燒過程。
下面給出一種算法，利用該算法，通?？筛鶕?jù)下面的公式來計算所希望的噴射量
Q : Q,(t)dt二砂Ht3])
其中i^[《力2力3,At,，At2]且 Q:dO(t)/dt:常量，以及Q二On。 對于所希望的燃燒變化過程，下列電控制信號參數(shù)
-所希望的待噴射的燃料量Q，
-噴射速率變化^ ,
-噴射速率《，以及
-保持時間 例如在相應裝備的試驗電機上或在車輛中試驗性地確定并存儲在表格中，其中該 確定依賴于共軌噴射系統(tǒng)或泵噴嘴噴射系統(tǒng)的燃料噴射器類型。在適當選擇噴射速率變 化03和確定取決于系統(tǒng)的臨界值后，剩余參數(shù)作為具有相應的邊界條件的非線性優(yōu)化的解 (Xoes皿g)而給出。 在找到解后，隨后變換到相應于圖1A、1B的電控制參量，這些電控制參量確定理 想噴嘴針驅(qū)動線路(Duesennadelantriebsstrecke)的充電過程、保持過程和放電過程。預 定每時間單元的充電時間和電荷變化將為隨后的能量調(diào)節(jié)回路確定能量額定值。此外，在 驅(qū)動中，為每個汽缸分別考慮不同效率的調(diào)整和均衡(Gleichstell皿g)。
備選地，通過來自用于每個汽缸的噴射系統(tǒng)的合適應答信號來跟蹤預調(diào)整值自 身。這可例如是噴射起始、達到噴嘴針完全打開的時間點的基于模型或現(xiàn)象學的檢測，或 是達到的噴射速率本身。由此能夠?qū)⑷剂蠂娚淦鞯闹圃旃詈腿Q于工作點的公差降到最 低。 本發(fā)明的建模實施示例示于圖3中。圖3示意性示出具有算法的裝置IO，利用該
6算法，可為電控制信號的噴射速率變化過程確定調(diào)節(jié)函數(shù)。首先，在第一單元ll中輸入、中 間存儲和處理(aufbereiten)若干系統(tǒng)參數(shù)，尤其是預定量、軌壓、噴射速率變化、第一部 分噴射的速率以及第一部分噴射的保持時間。第一單元ll由輸入的數(shù)據(jù)確定電控制信號 的變化過程，利用該電控制信號控制燃料噴射器，以實現(xiàn)所希望的液壓噴射時長。
噴射速率變化、第一部分噴射速率和第一部分噴射的保持時間并行給到變換器12 并進行相應的變換。變換器12的輸入同時與第一單元11的輸出連接。變換器12由輸入 數(shù)據(jù)計算每時間單元的電荷變化、充電時間和噴射時長。此數(shù)據(jù)可在輸出側(cè)使用并且與第 一控制計算機(控制器)13的輸出數(shù)據(jù)結(jié)合。第一控制計算機13與系統(tǒng)反饋連接并為每 時間單元的電荷變化和充電時間提供相應的預定。該結(jié)果給到第二控制計算機14。由輸入 值計算最終的每時間單元的電荷變化并使其在輸出端可用。此外，第二計算機與能量反饋 連接。 利用上述方法或算法，可基于長時間穩(wěn)定的噴射系統(tǒng)利用均衡函數(shù) (Gleichstellungsfunktion)或利用噴射起始的調(diào)整和所需噴射量確定噴射速率變化過程 的自由形成。同時可描述簡單的參數(shù)化。 圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明用于為位置可調(diào)節(jié)燃料噴射器2的噴射脈沖、尤其是 共軌噴射系統(tǒng)或泵噴嘴噴射系統(tǒng)10的噴射脈沖形成電控制信號的裝置10。燃料噴射器2 布置在內(nèi)燃機的汽缸6的汽缸蓋上?？刂破?優(yōu)選地通過電導線7與燃料噴射器2的壓電 執(zhí)行元件3連接。在通過控制器1的電控制信號控制執(zhí)行元件3時，執(zhí)行元件3操縱布置 在噴油嘴4之內(nèi)的噴嘴針。由此，位于噴油嘴4的下部分的噴射孔打開或閉合。通過燃料 管路5向燃料噴射器2供應燃料。
權(quán)利要求
一種用于為燃料噴射器(2)的噴射脈沖、尤其是為共軌噴射系統(tǒng)或泵噴嘴噴射系統(tǒng)(10)的噴射脈沖形成電控制信號的方法，其中所述電控制信號優(yōu)選地操縱所述燃料噴射器(2)的壓電執(zhí)行元件(3)以將預定燃料量噴射到內(nèi)燃機的汽缸(6)中，以及其中借助于所述電控制信號的所述曲線變化過程，尤其依賴于軌壓、起升行程和/或所述燃料噴射器(2)的打開時長來調(diào)節(jié)所述燃料噴射器(2)的噴射速率，其特征在于，-對于至少一個待噴射部分量，可相關(guān)于至少一個脈沖邊沿和/或幅度而自由地形成所述電控制信號的變化過程，-其中如此設(shè)置所述噴射脈沖的形成，使得所述待噴射的預定燃料量能夠不依賴于所述電控制信號的變化過程而保持恒定。F2008800251680C00011.tif,F2008800251680C00012.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于部分量的所述噴射的所述噴射脈沖首先構(gòu)造有具有第一幅度的中間電平(《)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為形成所述噴射脈沖而預定噴射速率變化(《)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為所述中間電平(《)預定保持時間(At》。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述噴射脈沖以第二噴射速率變化(02 )從中間電平(《)變到具有第二幅度(02 )的更高電平。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為所述第二幅度(《)預定預定的第二保持時間(At2)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，從所述第二幅度(02)開始，預定具有第三噴射速率變化(03 )的向下調(diào)速。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述中間電平(^)的數(shù)量、所述保持時間(At)的數(shù)量和/或所述噴射速率變化(^)的數(shù)量是可任意選擇的。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，相應于所述曲線變化過程確定實際噴射燃料量并且將所述實際噴射燃料量與預定燃料量進行比較。
10. —種用于為燃料噴射器(2)的噴射脈沖、尤其是為共軌噴射系統(tǒng)或泵噴嘴噴射系統(tǒng)(10)的噴射脈沖形成電控制信號的裝置，所述裝置具有控制器(l)，優(yōu)選地利用所述控制器(1)可控制所述燃料噴射器(2)的壓電執(zhí)行元件(3)，以將預定燃料量噴射到內(nèi)燃機的汽缸(6)中，以及其中借助于所述電信號的曲線變化過程，可尤其依賴于軌壓、起升行程和/或所述燃料噴射器(2)的打開時長來調(diào)節(jié)所述燃料噴射器(2)的噴射速率(0 )，其特征在于，-將所述控制器(1)構(gòu)造成，相關(guān)于至少一個脈沖邊沿和/或幅度而自由地形成所述電信號的曲線變化過程，-其中如此設(shè)置所述電信號的形成，使得所述待噴射的預定燃料量(Q)不依賴于所述電控制信號的變化過程而保持恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種為位置可調(diào)節(jié)的燃料噴射器的噴射脈沖、尤其是為共軌噴射系統(tǒng)或泵噴嘴噴射系統(tǒng)的噴射脈沖形成電控制信號的方法或裝置。相關(guān)于脈沖邊沿(噴射速率變化Q)、保持時間(Δt)和噴射速率(Q)，可自由地選擇電控制信號的變化過程。由此鑒于排放較小、消耗較小并且滿足嚴格法律條例等特點，其具有能更好地優(yōu)化燃燒過程的優(yōu)點。
文檔編號F02D41/40GK101755116SQ200880025168
公開日2010年6月23日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者A·普費弗, H·-J·維霍夫, H·施米特, J·貝爾哈茨, K·溫齊亞夫斯基, R·皮爾克爾, U·林格納 申請人:歐陸汽車有限責任公司