現(xiàn)有技術(shù)

燃料噴射器被用于將燃料噴射到內(nèi)燃機(jī)中。壓電燃料噴射器由一個(gè)閥元件組成，其借助于閥針被關(guān)閉。壓電致動(dòng)器用于控制閥針。通過(guò)施加電壓到壓電致動(dòng)器上，壓電致動(dòng)器被充電并且由此使閥針打開(kāi)。如果壓電致動(dòng)器被放電，則閥針又關(guān)閉。

壓電致動(dòng)器的縱向膨脹影響在致動(dòng)器電壓和充電之間的關(guān)系。這個(gè)關(guān)系可以如此簡(jiǎn)化地描述，即，在給定的電壓下，隨著增大的縱向膨脹，壓電致動(dòng)器接收增大的充電。由此得出，壓電致動(dòng)器的膨脹速度或者在恒定的電壓下影響致動(dòng)器電流或者在恒定的致動(dòng)器電流下影響電壓的梯度。在理論上由此可以由在每個(gè)時(shí)刻的壓電致動(dòng)器的電壓和充電計(jì)算出壓電致動(dòng)器的瞬時(shí)的升程以及瞬時(shí)的力。

但是在實(shí)際中產(chǎn)生明顯的限制。對(duì)壓電致動(dòng)器的正確的模擬包含非線性的磁滯模型并且壓電致動(dòng)器具有分散的范例特性，尤其是也關(guān)于這些磁滯特性。此外電流和電壓的信號(hào)由于寄生效應(yīng)始終被干擾信號(hào)疊加，其可以導(dǎo)致在計(jì)算升程中的誤差。

在實(shí)際中因此有利的是，要局限于檢測(cè)在致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)曲線中的重要的點(diǎn)，尤其是突然的速度改變。如果壓電致動(dòng)器被用于直接地操作燃料噴射器的噴嘴閥針，那么如此檢測(cè)的時(shí)刻可以推斷出在噴射曲線中的特征性時(shí)刻，例如噴射結(jié)束或者說(shuō)達(dá)到升程止擋的關(guān)閉時(shí)刻，或噴射開(kāi)始或者說(shuō)打開(kāi)時(shí)刻。

為了可靠的檢測(cè)，此外有利的是，兩個(gè)電參量，即電流和/或電壓，中的至少一個(gè)在檢測(cè)時(shí)間段期間保持恒定。

如果保持致動(dòng)器電流恒定，那么在電壓的梯度和膨脹速度之間存在最大程度上線性的關(guān)系，其中，傳輸因子在這種情況下是負(fù)的并且在電壓的梯度上被疊加一個(gè)取決于恒定的致動(dòng)器電流的偏置量。因此在這種情況下膨脹速度的突然的改變反映出電壓的梯度的快速改變，即例如電壓時(shí)間曲線的快速的彎折。

這種方法可以用于識(shí)別升程止擋時(shí)刻，因?yàn)殚y針的打開(kāi)通過(guò)對(duì)壓電致動(dòng)器的充電被觸發(fā)，升程止擋通常在接著充電過(guò)程之后達(dá)到并且致動(dòng)器電流在充電過(guò)程結(jié)束之后反正恒定地位于零值。在閥針還在打開(kāi)期間，壓電致動(dòng)器也繼續(xù)膨脹和致動(dòng)器電壓下降。一旦閥針達(dá)到升程止擋，電壓下降也結(jié)束并且電壓或者保持恒定或者甚至又稍微升高，只要閥針碰撞在升程止擋上。

如果致動(dòng)器電壓保持恒定，那么在致動(dòng)器電流和壓電致動(dòng)器的膨脹速度之間在最大程度上存在一種比例性。因此在這種情況下膨脹速度的突然的改變反映致動(dòng)器電流的快速的改變。在具有直接的閥針控制機(jī)構(gòu)的燃料噴射器中，這種方法可以用于確定閥針的關(guān)閉時(shí)刻，因?yàn)殚y針的關(guān)閉通過(guò)壓電致動(dòng)器的主動(dòng)的放電被觸發(fā)并且這個(gè)關(guān)閉時(shí)刻因此跟隨放電過(guò)程。只要閥針關(guān)閉，致動(dòng)器也具有負(fù)的速度并且流動(dòng)一個(gè)負(fù)的致動(dòng)器電流。如果閥針達(dá)到閥座和在那里被制動(dòng)，那么致動(dòng)器的膨脹速度也返回到零并且負(fù)的致動(dòng)器電流崩潰。在致動(dòng)器電流中的這個(gè)重要的特征可以被檢測(cè)和所屬的時(shí)刻可以被用作關(guān)閉時(shí)刻的值。

但是，如果閥針如此快速地關(guān)閉，即關(guān)閉時(shí)刻還位于放電過(guò)程結(jié)束之前，那么閥針的關(guān)閉時(shí)刻的可靠的識(shí)別不起作用。在放電期間盡管理論上致動(dòng)器電流恒定地預(yù)先設(shè)定，但是在使用非常高頻地時(shí)鐘脈沖控制的末端級(jí)下它被調(diào)節(jié)到這個(gè)預(yù)定值上。由此不僅致動(dòng)器電壓信號(hào)而且電流信號(hào)包含值得一提的、非常高頻的分量以及高比例的寄生的干擾分量，它們阻礙從致動(dòng)器電壓中有意義地檢測(cè)出關(guān)閉時(shí)刻(盡管其在理論上一定是可能的)。

由DE102011075733A1已知一種用于運(yùn)行噴射閥的方法，其中，關(guān)閉時(shí)刻的識(shí)別被改善，其方式是將干擾信號(hào)從被探測(cè)的信號(hào)中消除。

因此值得期望的是，給出一種可能性，當(dāng)關(guān)閉時(shí)刻位于壓電致動(dòng)器的放電過(guò)程的結(jié)束之前時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)壓電燃料噴射器的閥針的關(guān)閉時(shí)刻的可靠的確定。

本發(fā)明的公開(kāi)

按照本發(fā)明建議一種具有權(quán)利要求1的特征的用于確定燃料噴射器的關(guān)閉時(shí)刻的方法。有利的設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求以及下面的說(shuō)明書的內(nèi)容。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

按照本發(fā)明的方法適合用于確定具有壓電致動(dòng)器和閥針的燃料噴射器的關(guān)閉時(shí)刻。在此，為了關(guān)閉燃料噴射器的閥針，壓電致動(dòng)器的放電被實(shí)施和在此表征壓電致動(dòng)器的膨脹（伸展）的參量在壓電致動(dòng)器處被探測(cè)。在放電結(jié)束之前，該放電被中斷一個(gè)時(shí)間間隔并且在此由表征壓電致動(dòng)器的膨脹的參量的（變化）曲線在時(shí)間間隔期間確定關(guān)閉時(shí)刻。

以這種方式提供一種可能性，當(dāng)關(guān)閉時(shí)刻位于放電過(guò)程的結(jié)束之前時(shí)也可靠地識(shí)別在具有壓電致動(dòng)器的燃料噴射器中的閥針的關(guān)閉時(shí)刻，因?yàn)閷?duì)被探測(cè)的參量的可能的干擾影響通過(guò)中斷壓電致動(dòng)器的放電過(guò)程被避免或者至少在非常大的程度上被減小。

此外用于這種燃料噴射器的設(shè)計(jì)可能性被擴(kuò)展，因?yàn)椴槐卦僮⒁?，關(guān)閉時(shí)刻如此遠(yuǎn)地位于放電過(guò)程的結(jié)束之后，即實(shí)現(xiàn)按照現(xiàn)有技術(shù)的可靠的識(shí)別。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，為了實(shí)施按照本發(fā)明的方法不需要附加的資源，尤其是在功率電子裝置中，例如在控制器中，通過(guò)該控制器燃料噴射器被控制，因?yàn)閮H僅實(shí)施一種改變的控制特性。此外甚至可以通過(guò)控制的末端級(jí)回收比在按照現(xiàn)有技術(shù)的方法中更多的能量，由此部件的負(fù)載被減小。

最好為壓電致動(dòng)器的電流，尤其是放電電流，在時(shí)間間隔期間預(yù)先設(shè)定一個(gè)恒定的值，尤其是零。如果致動(dòng)器電流保持恒定，那么在電壓的梯度和致動(dòng)器的膨脹速度之間存在一個(gè)在最大程度上線性的關(guān)系。在時(shí)間間隔期間具有零值的恒定的致動(dòng)器電流可以以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@個(gè)狀態(tài)例如可以通過(guò)封鎖控制器末端級(jí)的全部功率電子開(kāi)關(guān)來(lái)建立。

有利地，表征壓電致動(dòng)器的膨脹的參量，其在壓電致動(dòng)器處被探測(cè)，是電參量。

有利地，表征壓電致動(dòng)器的膨脹的參量，其在壓電致動(dòng)器處被探測(cè)，是電壓并且尤其地關(guān)閉時(shí)刻由在電壓的曲線中的特征性特征確定。膨脹速度的突然的改變因此反映電壓的梯度的快速的改變，即例如電壓時(shí)間曲線的快速的彎折。

有利的是，當(dāng)在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的持續(xù)時(shí)間之后和/或當(dāng)表征壓電致動(dòng)器的膨脹的參量達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，放電被中斷。以這種方式可以保證，放電不被過(guò)早地中斷，也就是說(shuō)，當(dāng)閥針還過(guò)寬地打開(kāi)時(shí)，和由此被不必要地中斷。合適的持續(xù)時(shí)間和/或閾值在此情況下例如可以通過(guò)計(jì)算、模擬和/或試驗(yàn)運(yùn)行進(jìn)行確定。

最好依據(jù)在燃料噴射器中施加的燃料壓力預(yù)先設(shè)定或改變閾值。這實(shí)現(xiàn)依據(jù)在燃料噴射器中施加的壓力對(duì)放電的尤其是在時(shí)間上更有針對(duì)性的中斷，因?yàn)殛P(guān)閉過(guò)程，尤其是它的速度取決于壓力。

有利地，在放電結(jié)束之前將放電中斷至少另一個(gè)時(shí)間間隔。由此放電過(guò)程整體上被多次地中斷，由此用于相應(yīng)的中斷的各個(gè)時(shí)間間隔可以更短地中斷。

有利的是，燃料噴射器被設(shè)置用于將燃料從高壓蓄能器噴射到內(nèi)燃機(jī)中。如已經(jīng)在開(kāi)頭解釋的，尤其是在具有高壓蓄能器，即所謂的共軌系統(tǒng)，的內(nèi)燃機(jī)中，盡可能精確地識(shí)別關(guān)閉時(shí)刻和由此識(shí)別噴射結(jié)束是值得期待的。由此例如可以優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的功率和減少有害物質(zhì)的排放。

一種按照本發(fā)明的計(jì)算單元，例如機(jī)動(dòng)車的控制器，尤其以編程技術(shù)的方式，被設(shè)置用于實(shí)施按照本發(fā)明的方法。

該方法以軟件的形式的實(shí)施也是有利的，因?yàn)檫@產(chǎn)生特別少的費(fèi)用，尤其是當(dāng)執(zhí)行的控制器還被用于另外的任務(wù)并且因此反正是存在的時(shí)候。用于提供計(jì)算機(jī)程序的合適的數(shù)據(jù)載體尤其是軟盤、硬盤、閃存、EEPROM，CD-ROM，DVD，等等。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等等）下載程序也是可能的。

本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案由說(shuō)明書和附圖得到。

顯然，上述的和以下還要解釋的特征不僅可以在相應(yīng)給出的組合中使用，而且可以在其它的組合中或單獨(dú)地使用，而不偏離本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明借助于實(shí)施例在附圖中示意地示出并且在以下在參照附圖下進(jìn)行詳細(xì)描述。

附圖簡(jiǎn)述

圖1示意地示出可借助于按照本發(fā)明的方法在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中運(yùn)行的壓電燃料噴射器。

圖2示出按照現(xiàn)有技術(shù)的壓電燃料噴射器的放電過(guò)程。

圖3示出按照現(xiàn)有技術(shù)的壓電燃料噴射器的充電過(guò)程。

圖4示出按照一種按照本發(fā)明的方法在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中的壓電燃料噴射器的放電過(guò)程。

本發(fā)明的實(shí)施方式

在圖1中示出由壓電燃料噴射器構(gòu)成的燃料噴射器100的示意圖，如其由現(xiàn)有技術(shù)中已知的并且也在開(kāi)頭提到的。壓電燃料噴射器100包括壓電致動(dòng)器110，它由構(gòu)造成控制器的計(jì)算單元200控制。為此控制器200具有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)例如末端級(jí)（輸出級(jí)）。

壓電致動(dòng)器110控制具有閥針130的閥元件120。在壓電致動(dòng)器110和閥元件120之間的耦聯(lián)通過(guò)附圖標(biāo)記215描述。該耦聯(lián)215在此情況下是直接地實(shí)施的，也就是說(shuō)，沒(méi)有所謂的伺服閥。壓電致動(dòng)器110和具有閥針130的閥元件120在此情況下是壓電燃料噴射器100的組成部分。如果通過(guò)控制器200電流I被供給到壓電致動(dòng)器110中，那么電壓U建立起來(lái)并且壓電致動(dòng)器110的長(zhǎng)度被改變，也就是說(shuō)壓電致動(dòng)器110膨脹（伸展）。通過(guò)運(yùn)動(dòng)的壓電致動(dòng)器110使閥針130也運(yùn)動(dòng)并且在此被打開(kāi)。如果控制器200又變成閑置，也就是說(shuō)，將電流I=0A施加到壓電致動(dòng)器110中，那么壓電致動(dòng)器110維持一個(gè)恒定的充電。只有在主動(dòng)的供給負(fù)的電流，也就是說(shuō)放電電流時(shí)，壓電致動(dòng)器110才被放電和閥針130被關(guān)閉。

在圖2中示出一個(gè)曲線圖，其中，在單位為μs的時(shí)間t上示出在充電和放電過(guò)程中的壓電致動(dòng)器的單位為V的電壓U和單位為A的電流I的曲線，如其由現(xiàn)有技術(shù)中已知的并且在開(kāi)頭已經(jīng)提到的。通過(guò)控制器末端級(jí)的時(shí)鐘脈沖控制，實(shí)施電流調(diào)節(jié)，由此產(chǎn)生電流曲線的鋸齒形形狀。

在示出的示例中，放電過(guò)程(負(fù)的電流I)在時(shí)間為約t=180μs處開(kāi)始并且與充電過(guò)程(正的電流I)相接，該充電過(guò)程在此處不做解釋。對(duì)于充電過(guò)程參見(jiàn)圖3。

電流I，在此處是放電電流，具有平均-9A的值。電壓U從140V的值開(kāi)始下降，而壓電致動(dòng)器縮短，也就是說(shuō)具有負(fù)的膨脹速度。在時(shí)刻t=260μs處壓電致動(dòng)器通過(guò)在控制器中的末端級(jí)被短路，電流I在隨后具有大約-8.5A的恒定的值。在時(shí)刻t_s處，壓電致動(dòng)器的膨脹速度突然地下降，這可以在電流I的曲線中的特征性特征M_s處看到，即電流曲線的一個(gè)拐點(diǎn)或者說(shuō)突然改變的斜率。

在具有直接的閥針控制機(jī)構(gòu)的壓電燃料噴射器100中，可以以這種方式確定閥針130的關(guān)閉時(shí)刻t_s，因?yàn)殚y針130的關(guān)閉通過(guò)壓電致動(dòng)器110的主動(dòng)的放電被觸發(fā)和關(guān)閉時(shí)刻t_s因此跟隨放電過(guò)程。只要閥針130關(guān)閉，壓電致動(dòng)器110也具有負(fù)的膨脹速度和流動(dòng)一個(gè)負(fù)的電流I。如果閥針130達(dá)到閥座和在那里被制動(dòng)，那么壓電致動(dòng)器110的膨脹速度也下降到零和負(fù)的電流I崩潰。在電流I的曲線中的該顯著的特征M_s可以被檢測(cè)并且所屬的時(shí)刻可以被用作關(guān)閉時(shí)刻t_s的值。

但是在此要說(shuō)明的是，如也已經(jīng)在開(kāi)頭提到的，這個(gè)方法僅僅當(dāng)關(guān)閉時(shí)刻t_s位于放電過(guò)程結(jié)束之后才足夠好地起作用。

在圖3中示出一個(gè)曲線圖，其中，在單位為μs的時(shí)間t上示出在充電過(guò)程中的壓電致動(dòng)器的單位為V的電壓U和單位為A的電流I的曲線，如其由現(xiàn)有技術(shù)中已知的并且在開(kāi)頭已經(jīng)解釋的。

壓電致動(dòng)器通過(guò)大約9A的值的電流I，在此處是充電電流，在t=0μs處開(kāi)始地被充電。在充電期間電流I平均地連續(xù)地減小。這個(gè)曲線在恒定的規(guī)定額定值下基于時(shí)鐘脈沖控制的末端級(jí)的恒定的斷開(kāi)延遲時(shí)間產(chǎn)生。在斷開(kāi)時(shí)的電流梯度越陡，在額定值上的過(guò)調(diào)量就越高。但是原則上也可以將電流額定值連續(xù)上升地或下降地預(yù)先設(shè)定。電壓U從0V開(kāi)始上升，而壓電致動(dòng)器膨脹。在時(shí)刻t=300μs處在控制器中的末端級(jí)被去激活，電流I因此達(dá)到恒定的0A的值和電壓U首先下降，因?yàn)閴弘娭聞?dòng)器110還在繼續(xù)膨脹。在時(shí)刻t₀壓電致動(dòng)器的膨脹速度突然下降，這可以在電壓U的曲線中的特征性特征M₀處看見(jiàn)，即一個(gè)最小值。

以這種方式可以識(shí)別在具有直接的閥針控制機(jī)構(gòu)的壓電燃料噴射器100中的升程止擋時(shí)刻t₀，因?yàn)殚y針130的打開(kāi)通過(guò)壓電致動(dòng)器110的充電被觸發(fā)，升程止擋在接著充電過(guò)程之后達(dá)到和電流I在充電過(guò)程結(jié)束之后恒定地位于0A。在閥針130還打開(kāi)期間，壓電致動(dòng)器110也繼續(xù)膨脹和電壓U下降。一旦閥針130達(dá)到升程止擋，電壓的下降也結(jié)束和電壓U或者保持恒定或者甚至稍微升高，只要閥針130碰撞在升程止擋上，如在圖3中可以看見(jiàn)的。

在圖4中示出一個(gè)曲線圖，其中，在單位為μs的時(shí)間t上示出在按照本發(fā)明的方法的在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中的放電過(guò)程中壓電致動(dòng)器的單位為V的電壓U和單位為A的電流I的曲線。

放電過(guò)程也如由現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣開(kāi)始。因此電流I和電壓U的曲線在放電過(guò)程開(kāi)始時(shí)自t=20μs起對(duì)應(yīng)于在圖2中的曲線，在那里自t=170μs起。但是一旦電壓U已經(jīng)達(dá)到閾值U_m，電流I就被置于0A的值上。0A的值被維持一個(gè)時(shí)間間隔△t。備選地或附加地，也可以考慮一個(gè)預(yù)先設(shè)定的持續(xù)時(shí)間，它自放電過(guò)程的開(kāi)始起過(guò)去，在該時(shí)間間隔之后放電過(guò)程被中斷。

閾值U_m或預(yù)先設(shè)定的持續(xù)時(shí)間在此可以如此地選擇，即放電過(guò)程幾乎完全地結(jié)束或閥針幾乎完全地被關(guān)閉。相應(yīng)的值例如可以通過(guò)測(cè)試運(yùn)行確定或也可以由數(shù)學(xué)模型或由模擬被計(jì)算出來(lái)。

在時(shí)間間隔△t期間因此壓電致動(dòng)器110的運(yùn)動(dòng)在保持恒定的充電下僅僅對(duì)電壓U產(chǎn)生影響。首先壓電致動(dòng)器110還在縮短，這可以在升高的電壓U上看出。但是一旦閥針130關(guān)閉壓電燃料噴射器，壓電致動(dòng)器110的膨脹速度實(shí)際地突然下降。因此電壓U也改變它的曲線，它也下降或者至少不繼續(xù)升高。在電壓的曲線中的這個(gè)特征性特征M_s，即一個(gè)最大值，因此顯示了壓電燃料噴射器100的閥針130的關(guān)閉時(shí)刻t_s。

在時(shí)間間隔△t過(guò)去之后，壓電致動(dòng)器110的放電過(guò)程被繼續(xù)和被結(jié)束。以這種方式現(xiàn)在即使閥針130的關(guān)閉時(shí)刻t_s在時(shí)間上位于放電過(guò)程的結(jié)束之前，該關(guān)閉時(shí)刻也可以被識(shí)別。