用于操作喷射阀的方法.pdf

本发明涉及一种方法，用于操作喷射阀(11)、尤其是内燃机的喷射装置的喷射阀(11)，其中，该喷射阀(11)具有压电促动器(12)，其经由联接元件(15)与阀针(13)连接，其中，在该压电促动器(12)上施加电压(U)，其导致该压电促动器(12)的长度伸长或者缩短(x)，其中，在关闭喷射阀(11)时在该压电促动器(12)上施加保持电压(+-U1)。通过再充电序列使该压电促动器(12)的电压(U)达到该保持电压(U1)。

1.  一种用于操作喷射阀(11)、尤其是内燃机的喷射装置的喷射阀(11)的方法，其中，所述喷射阀(11)具有压电促动器(12)，该压电促动器(12)经由联接元件(15)与阀针(13)连接，其中，在该压电促动器(12)上施加有电压(U)，该电压(U)导致所述压电促动器(12)的长度伸长或者缩短(x)，其中，在关闭喷射阀(11)时在所述压电促动器(12)上施加保持电压(+-U1)，其特征在于，通过再充电序列使所述压电促动器(12)的电压(U)达到所述保持电压(U1)。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再充电序列包括所述压电促动器的至少一次馈电。

3.  根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述压电促动器(12)的电压(U)在这样一个时刻达到所述保持电压(U1)，其中该时刻如此久地位于喷射之前，以致所述喷射阀(11)在喷射开始时处于静止状态。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述再充电序列具有至少一个充电边沿(FL1)和/或至少一个放电边沿(FL2)。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了触发预喷射(V1，V2)而通过控制器(10)的静态中断(IRQ.PIL)激活所述再充电序列。

6.  根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在一个工作节拍期间，直接在上次喷射到汽缸中的动作结束之后激活所述再充电序列。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在高转速情况下，在一个工作节拍期间，直接在上次喷射(H)到汽缸中的动作结束之后激活所述再充电序列。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在控制器预动中对于所述压电促动器(12)的馈电以恒定的时间间隔实现所述再充电序列。

9.  一种装置，尤其是指控制器，其带有用于操作喷射阀(11)、尤其是内燃机的喷射装置的喷射阀(11)的机构，其中，所述喷射阀(11)具有压电促动器(12)，该压电促动器(12)经由联接元件(15)与阀针(13)连接，其中，在该压电促动器(12)上施加电压(U)，该电压(U)导致所述压电促动器(12)的长度伸长或者缩短(x)，其中，在关闭喷射阀(11)时在所述压电促动器(12)上施加保持电压(+-U1)，其特征在于，通过再充电序列使所述压电促动器(12)的电压(U)达到所述保持电压(U1)。

10.  一种计算机程序，带有程序代码，当在计算机中执行该程序时，用于实施根据权利要求1到8中任一项所述的所有步骤。

用于操作喷射阀的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，用于操作喷射阀，尤其是指内燃机的喷射装置的喷射阀，其中，喷射阀具有压电促动器，其经由联接元件与阀针连接，其中，在压电促动器上施加电压，其导致压电促动器的长度伸长或者缩短，其中，在关闭喷射阀时在压电促动器上施加保持电压。此外，本发明涉及一种装置，尤其是指控制器，具有用于使喷射阀运行的机构，本发明还涉及一种带有程序代码的计算机程序，用于实施该方法。
背景技术
在带有直接控制的喷嘴针的共轨(Common-Rail)压电喷射系统中压电促动器必须充电，为了使喷射器保持关闭。促动器放电用于在喷射时打开喷射器。例如从文件DE 10 2005 032841中已知这种类型的共轨压电喷射系统。必须用电压加载促动器，为了使喷射器保持安全的关闭，该电压取决于蓄压管压力(Raildruck)。此外，在促动器放电过程开始时该电压对喷射器的打开时刻有影响，并且由此对喷射量有影响。压电促动器以制造为前提具有自动放电，其导致已充电的促动器的电压随时间减小。其结果又是，使打开时刻和打开持续时间延迟，并且由此使喷射量处于取决于运行时刻的散逸(Streuung)，这是因为促动器电压取决于，没有充电或者放电的时间多长，以及相关地促动器馈电的时间多长。
发明内容
本发明的目的是，通过压电促动器的自动放电补偿由喷射时刻和喷射量的散逸。
这个问题通过用于操作喷射阀的方法解决，尤其是指内燃机的喷射装置的喷射阀，其中，喷射阀具有压电促动器，其经由联接元件与阀针连接，其中，在压电促动器上施加电压，其导致压电促动器的长度伸长或者缩短，其中，在关闭喷射阀时在压电促动器上施加保持电压，其中，通过再充电序列(Nachladesequenz)使压电促动器的电压达到保持电压。优选地规定，再充电序列至少包括压电促动器的一次馈电(Bestromen)。这里具体地把馈电理解为，使电压施加在压电促动器上，该电压导致电流流动并且由此导致压电促动器的电荷和电压的改变。那么，通过根据本发明的方法补偿压电促动器的自动放电，以致自从促动器达到保持电压以来，不取决于已过去的时间段地，在喷射开始之前再次施加保持电压在促动器上。显然，保持电压本身表示电压区域，因为这种电压也可能受不精确的影响。通过根据本发明的方法补偿压电促动器的自动放电，并且使在所有促动器上的电压永久地适应在各自的运行时刻上。由此确保了，每个喷射器在控制之间对于每个蓄压管压力安全地保持关闭，并且可能的电压上升对于在确定的运行时刻中的所期望的喷射量的描述是足够的。在控制器初始化之后再充电功能负责，所有促动器在建立蓄压管压力的时刻在起动装置操作时充电到依赖于蓄压管的电压上。在控制器随动(Steuergeraetenachlauf)中必须确保，所有促动器在某个时间以内再次放电到电压零伏特上，为了确保接触保护。假如这个时间足够长，尽管电压下降，也使喷射器以构造为前提保持关闭，由此排除不想要的喷射。在压电促动器上的永久的电压追踪的优点在于，喷射器在喷射序列开始时是在流体的瞬时状态中，并且因此确保了高的流量恒定。假如促动器在快到各自的控制之前才充电到依赖于运行时刻的电压上，就可能通过在促动器与喷嘴针之间的液压连接器的瞬时状态发生大的电压上升，并且由此发生高的流量公差。此外，通过根据本发明的方法确保，促动器在两次喷射之间永久地充电到保持喷射器安全关闭的电压上。
优选地规定，使压电促动器的电压在这样一个时刻就达到保持电压，，该时刻如此多地位于喷射之前，以致喷射阀在喷射开始时处于静止状态。根据本发明还规定，再充电序列具有至少一种充电边沿和/或至少一种放电边沿。其中，可以利用测得的促动器电压确定，这个促动器电压是否低于或高于保持电压，并且因此是否应用充电边沿或放电边沿。优选地为了触发预喷射通过静态中断控制器激活再充电序列。备选地可以规定，根据运行时刻直接在上次喷射到汽缸中结束之后在一个工作节拍期间激活再充电序列。其中，在高转速时直接在上次喷射到汽缸中结束之后在一个工作节拍期间激活再充电序列。在控制器预动(Steuergeraetevorlauf)中优选地对于压电促动器的馈电用恒定的时间间隔执行再充电序列。在控制器随动中使压电促动器优选逐步地放电。其中，把逐步理解为，压电促动器不是连续地而是通过时间上离散的馈电放电。
上述的问题也可以通过一种装置解决，尤其是指控制器，具有用于使喷射阀，尤其是指内燃机的喷射装置的喷射阀运行的机构，其中，喷射阀具有压电促动器，其经由联接元件与阀针连接，其中，在压电促动器上施加电压，其导致压电促动器的长度伸长或者缩短，其中，在关闭喷射阀时在压电促动器上施加保持电压，其中，压电促动器的电压通过再充电序列达到保持电压。上述的问题也可以通过一种计算机程序解决，其带有程序代码用于执行根据本发明方法的所有步骤，当在计算机上执行该程序的时候。
图示简述
接下来借助于附图进一步阐明本发明的实施例。其中：
图1显示了机动车的燃料喷射装置的示意图，带有具有压电促动器的喷射阀；
图2显示了在双重转换极化时的压电促动器的磁滞曲线的示意图；
图3显示了施加在压电促动器上的电压与时间的关系图；
图4显示了在图3中阶段D的放大图；
图5显示了该方法的流程图。
本发明实施例
在图1中描述了机动车的燃料喷射装置，其具有控制器10和喷射阀11。喷射阀11配有压电促动器12，其由控制器10控制。此外，喷射阀11具有阀针13，其可以在喷射阀11的壳体内部位于阀座14上。假如阀针13从阀座上抬起，就打开喷射阀11并且喷射燃料。在图1中示出这个状态。如果阀针13位于阀座14上，则关闭喷射阀11。借用压电促动器12影响从关闭到打开状态的转变。为此将电压施加在促动器12上，该电压引起压电堆叠的长度改变，该压电堆叠本身用于打开或者关闭喷射阀11。喷射阀11具有液压连接器15。为此在喷射阀11内部存在连接器壳体16，在其中导引两个活塞17，18。活塞17与促动器12连接，而活塞18与阀针13连接。在两个活塞17，18之间设置腔室19，它形成用于将由促动器12施加的力传递到阀针13上的活塞/气缸系统。连接器15由处于压力之下的燃料包围。腔室19的容积同样用燃料填充。通过在两个活塞17，18和连接器壳体16之间的引导间隙，可以使腔室19的容积在较长的时间间隔上匹配到促动器12分别存在的长度上。但是在瞬时改变促动器12的长度时，腔室19的容量和由此它的长度几乎保持不变，并且使促动器12长度的改变传输到阀针13上。在两个活塞17，18和连接器壳体16之间的引导间隙可以形成阀，它在不同的流动方向上或者根据活塞17，18相对于连接器壳体16的位置具有不同的流体阻力或者流量系数。例如一个或两个活塞可以具有凹槽，它们带有可变的凹底深度或类似结构，为了改变在活塞17，18和连接器壳体16之间的有效的可流通的面积。例如通过在活塞17，18和连接器壳体16之间的引导间隙或者通过带有取决于方向的流量系数的小节气门实现活塞17，18彼此之间的运行速度的调整。
当促动器12经由较长的时间段不改变地位于磁滞曲线40的任意点上时，那么喷射阀11与促动器12的工作点无关地位于其关闭状态。然后通过促动器12的比较快的缩短从磁滞曲线40的这个点中实现喷射阀11的打开。通过促动器12的返回在它位于喷射开始之前的工作点达到喷射阀11的关闭。
在图2中描述了在施加在压电促动器的电压U与由其引起促动器长度改变或者长度缩短x之间的相互关系。这种相互关系表示促动器的磁滞曲线20。假定，促动器位于磁滞曲线20的零点，即，没有电压施加在促动器上，并且促动器既不具有长度伸长也不具有长度缩短。此外假定，此刻促动器是在正电压方向极化的。假如从现在起在促动器上的电压在负方向上改变，就导致促动器的缩短。这从磁滞曲线20的分支(Ast)21中产生结果。假如负电压达到与所谓的矫顽磁力相对应的-UK，促动器就开始反极化。在这个负电压-UK中促动器具有它的最大缩短-x2。假如从现在起低于与矫顽磁力相对应的电压-UK，就又增加促动器的长度。这从磁滞曲线20的分支22中是显而易见的。然后在负电压-U1中促动器具有它的最大长度伸长x1。此外，流过磁滞曲线20的分支22导致促动器的极化的交换。假如从现在起施加在促动器上的电压又在正方向上提高，就流过磁滞曲线20的分支23。促动器的长度从长度伸长x1又改变到缩短-x2。促动器在正电压UK中具有这种最大缩短-x2。在超出正电压UK之后重新产生促动器的转换极化，以致在电压的继续增加时流过分支24。这个分支24在正电压U1中结束，促动器在该电压中具有最大的长度伸长x1。假如从现在起又减小施加在促动器上的电压，就减小促动器的长度伸长。这从磁滞曲线20的分支25中产生结果。然后分支25在零点区域中再次过渡到磁滞曲线20的分支21。
图3显示了根据本发明的再充电序列实施例与时间的关系图。描述了压电促动器12的电压U的电压过程与时间的关系。通过电压U降低到更低的电压水平U6上识别已停止的喷射，在图3的例子中描述了主喷射H以及两个预喷射V1和V2。在每个喷射之前，即在主喷射和预喷射之前产生动态的中断DYN.IRQ，其中，控制器在每次中断时指示停止喷射。动态的中断DYN.IRQ分别从对于确定的曲轴角度的控制器的静态中断中产生，这里是指产生静态中断Stat.IRQ.PIL和静态中断Stat.IRQ.M1。静态中断Stat.IRQ.M1用于确定对于主喷射的动态中断DYN.IRQ H，静态中断Stat.IRQ.PIL用于确定对于停止第一预喷射V1的动态中断DYN.IRQ V和对于停止第二预喷射V2的动态中断DYN.I RQ V2。附加地应用静态中断IRQ.PIL，为了获得再充电序列NL的开始。再充电序列NL作为在图3中的阶段“D”在图4中放大地示出，并且它包括上升的边沿FL1以及下降的边沿FL2。假定电压U2比保持电压U1更低，通过增加的边沿使施加在压电促动器12上的电压U提高到保持电压U1上。在这种情况下下降的边沿FL2没有作用。假如施加在压电促动器上的电压比保持电压U1更高，增加的边沿FL1就没有作用，对此用降低的边沿FL2把电压降低到保持电压U1的值上。这样选择在再充电序列NL结束与用于停止第一预喷射的动态中断DYN.I RQ V1之间的时间段，以致喷射阀11处于瞬时状态，即，该喷射阀尤其是指联接元件不再实施补偿运动。
再喷射序列由充电边沿FL1和放电边沿FL2组成，它们直接连续地实施并且两者都具有相同的目的电压，即保持电压U1。两个边沿之一根据初始电压影响对额定电压的补偿，这里是指保持电压U1，其它的边沿没有作用。备选地可以测量和确定压电促动器12的电压U，这个电压是否低于或高于保持电压U1。接着选择充电边沿FL1或放电边沿FL2，为了使电压U达到保持电压U1。假如电压U低于保持电压U1，就应用充电边沿FL1，假如电压U高于保持电压U1，就应用放电边沿FL2。
在控制器初始化之后并且在转速阈值n_RECHG之下——在该转速阈值中没有触发喷射并且因此不产生转速中断——，促动器12的再充电时间同步地在给定的间隔中、例如在10微秒间隔中实现。
在转速阈值n_RECHG之上，使用预喷射的静态中断Stat.IRQ.PIL，为了编程或者触发再充电序列。与预喷射类似地实现再充电序列的编程，也就是说，这里也产生动态中断DYN.IRQ NL。根据运行时刻执行再充电序列的控制开始，并且必需在喷射序列的第一控制之前位于这个汽缸上。再充电序列对于下次接着控制的距离在充分利用可供使用的角度范围的条件下应该尽可能地大。由此确保了，在再充电序列和喷射的第一控制、在图3中的第一预喷射V1之间的时间是足够长的，以使液压联接元件15起振。
假如在高转速时在预喷射的静态中断Stat.IRQ.PIL与第一预喷射V1之间的时间段不足以编程再充电序列，就已经在上述汽缸的上次喷射结束之后编程再充电序列。其中，利用主喷射的静态中断Stat.IRQ.MI，用于使上次控制的时刻与各自的汽缸相协调。
在控制器随动中对促动器12在可设置的时间之内在时间同步的间隔之中逐步地放电。其中，从在促动器上减少的电压和在所使用的时间间隔中为此供支配使用的时间中给出电压级的高度。
图5显示了该方法的流程图。在步骤101中通过开始控制器预动SGV开始该方法。接着在步骤102中时间同步地在例如10ms的间隔中触发促动器12的再充电。在步骤103中检测，转速n是否大于转速阈值n_RECHG。假如不是这种情况，就以选项N(“否”)分支又返回到保持恒定时间间隔的步骤102。假如在步骤103中的检测得到选项J(“是”)，那么转速n就大于转速阈值n_RECHG。这样在步骤104中从正如之前所描述的静态中断中产生动态中断。这样长时间地保留步骤104有效，直到关闭内燃机，并且过渡到控制器随动SGNL中，这持久地通过带有检测的循环在步骤105中检测。在转变到控制器随动时在步骤106中正如之前所描述地发生促动器的放电(ENTL)。