内燃机喷油装置及喷油装置的运行方法 【技术领域】
本发明涉及用于有至少两个气缸的内燃机且特别是柴油发动机的喷油装置，该喷油装置具有至少两个致动器件，每个气缸配有至少各一个致动器件以便把燃油喷入气缸。本发明还涉及这样的喷油装置的运行方法。
背景技术
DE10033343A1公开了一种用于内燃机且尤其是柴油发动机的喷油装置，它具有用于监测和/或解决在致动器件控制中的冲突的喷油控制机构，尤其是具有压电致动器件交叠喷油过程的冲突管理机构。
对压电共轨致动器件来说，只能同时执行一个控制沿。但从燃烧技术出发，需要这样实施补充组的控制，即喷油重叠。当压电器件的充电沿/放电沿没有重叠时，这可以利用如DE10033343A1所述的用于错接压电器件的电路机构来实现。对重叠的沿来说，在如DE10033343A1所述的喷油装置里规定了，不太优先的控制(以下称为不太优先控制)被错移或缩短。
但是，根据DE10033343A1，只能在不太优先的喷油时做出反应，即缩短不太优先的喷油，从而不给一个致动器件充电，而另一个应充电或放电，或者不太优先的喷油这样错移，即不同致动器件的喷油沿不交叠，或者不太优先的喷油这样延迟，即不同喷油的沿不交叠。
【发明内容】
本发明的任务是改进内燃机喷油装置和喷油装置地运行方法，从而任何冲突且尤其是同样优先的喷油的冲突得以避免。
在上述类型的内燃机喷油装置中如此完成该任务，即喷油控制机构根据在喷油时的喷油元件的充电沿和/或放电沿而提前和/或延迟地或不控制致动器件。
还通过这样一种用于有至少两个气缸的内燃机且特别是柴油发动机的喷油装置来完成该任务，该喷油装置具有至少两个压电器件并且每个气缸至少配有各一个压电器件以便通过该压电器件的充电或放电将燃油喷入气缸里，给这些压电器件配有唯一一个供电单元用于给压电器件充电或放电，该喷油装置具有喷油控制机构用于监测可能有的一个压电器件应充电或放电的时间段与其它压电器件应充电或放电的时间段的重叠，如此给至少两个喷油分配不同的优先性，即一个喷油的优先性(高度优先)高于至少另一个喷油(不太优先)，其中，喷油控制机构根据在喷油时的喷油元件的充电沿和/或放电沿超前地和/或延迟地移动一样优先或不一样优先的喷油和/或消除至少一个不太优先的喷油和/或至少一个高度优先的喷油。
此外，根据本发明，通过如权利要求5所述的方法以及如权利要求6所述的方法来完成该任务。
在本发明的一个有利实施例中规定，该移动根据喷油优先性来进行。
但在本发明的另一有利实施例中规定，该移动也可以与优先性无关地进行。
另外，该移动可以根据喷油类型即根据是否预喷油、主喷油或补充喷油来进行。
此外，该移动能够与至少两个喷油的重叠类型相关地或无关地进行。
在奇点一次冲突中，即在任何两个一样优先或不一样优先的沿重叠时，如果没有其它沿对重叠，则此时可以进行以下移动：
a)不太优先的沿超前移动，或
b)不太优先的沿延迟移动，或
c)高度优先的沿超前移动，或
d)高度优先的沿延迟移动，或
e)高度优先的沿超前移动，同时，不太优先的沿延迟移动，或
f)高度优先的沿延迟移动，同时，不太优先的沿超前移动，或
g)高度优先的沿延迟移动，同时，不太优先的沿延迟移动，或
h)高度优先的沿超前移动，同时，不太优先的沿超前移动，在这种情况下，一个压电器件应充电或放电的时间段不与其它压电器件应充电或放电的时间段重叠。
本发明的另一个实施方式规定，不参与重叠的沿超前或延迟移动，或者也可以保持不移动。例如，对应于高度优先的沿的喷油或对应于不太优先的沿的喷油可以不执行，只要各自在因果关系上可行的话。
在多个一次冲突中，即在三个或四个任何沿相互重叠时，例如在四个沿重叠时，这些沿或是相关地或是独立地重叠，则进行以下移动：
a)任何重叠的沿都能超前或延迟移动；
b)不是所有重叠的沿都必须移动；
c)还可以使不参与重叠的沿超前或延迟移动。
【附图说明】
从以下对实施例的描述和附图中得到了本发明的其它优点、特征和细节。
图1表示从现有技术中已知的压电器件的错接状况。
图2a表示压电器件的充电。
图2b表示压电器件的充电。
图2c表示压电器件的放电。
图2d表示压电器件的放电。
图3表示控制集成电路。
图4表示从现有技术中知道的中断的时间变化过程。
图5示意表示两个喷油的重叠沿的组合。
图6示意表示优先分配。
图7表示在沿奇点一次冲突时的沿的移动措施。
【具体实施方式】
图1表示压电器件10、20、30、40、50、60及其控制机构。在这里，A表示一个详细示出区域，B表示未详细示出一个区域，其划分用虚线c表示。详细示出的区域A包括一个给压电器件10、20、30、40、50、60充放电的电路。在所示例子里，压电器件10、20、30、40、50、60是在内燃机喷油阀(尤其是在所谓的共轨喷油器)里的致动器件。在所示实施例里，为了单独控制内燃机中的六个气缸而采用六个压电器件10、20、30、40、50、60，但为了任何其它目的，都可以适当采用任何其它数量的压电器件。
未详细示出的区域B包括一个喷油控制机构F，它有控制计算机D和控制集成电路E，它用于控制在详细示出的区域A里的元器件的控制。在控制集成电路E中，从压电器件的所有其余控制电路中输入不同的电压和电流的测量值。根据本发明，控制计算机D和控制集成电路E被设计用于调整压电器件的控制电压以及控制时间。控制计算机D和/或控制集成电路E也被设计用来监测压电器件的所有控制电路的不同电压和电流。
在以下描述里，首先介绍在详细示出的区域A里的各元件。以下概括描述压电器件10、20、30、40、50、60的充放电过程。最后，具体描述如何通过控制计算机D和控制集成电路E来控制和监测这两个过程。
压电器件10、20、30、40、50、60被分成第一组G1和第二组G2，它们分别包括三个压电器件(即第一组G1里的压电器件10、20、30，第二组G2里的压电器件40、50、60)。这两组G1、G2是并联电路部分的组成部分。利用选组开关310、320能确定，两组G1、G2中的哪一组压电器件10、20、30或40、50、60要分别借助一个共同的充放电机构来放电(对充电来说，选组开关310、320如下所述地是无意义的)。第一组G1里的压电器件10、20、30被安置在一个致动器列里，第二组G2里的压电器件40、50、60被安置在另一致动器列中。这样的块体被称为致动器列，即其中的两个或多个致动器件尤其是压电器件牢固安装如注封的。
选组开关310、320安置在一个线圈240和各自的组G1、G2(其线圈侧接点)之间并且成晶体管形式。植入驱动器311、321，它们将由控制集成电路E收集的控制信号转换为电压，这些电压根据需要被选用于接通和断开开关。
平行于选组开关310、320地设有二极管315或325(称为选组二极管)。如果选组开关310、320成MOS-PET或IGBT的形式，则选组二极管315和325例如通过寄生二极管来形成。在充电过程里，选组开关310、320被选组二极管315和325跨接。选组开关310、320的功能性因此减小到只为放电过程选择一组G1或G2压电器件10、20、30或40、50、60。
在一组G1或G2里的压电器件10、20、30或40、50、60分别布置成并联的压电支路110、120、130(组G1)或140、150、160(组G2)的组成部分。每个压电支路包括一个串联电路，它包括带有一压电器件10、20、30、40、50或60以及一电阻13、23、33、43、53或63(称为支路电阻)的第一并联电路和带有成晶体管11、21、31、41、51或61形式的选择开关(称为支路开关)和一个二极管12、22、32、42、52或62(称为支路二极管)的第二并联电路。
支路电阻13、23、33、43、53或63造成各自对应的压电器件10、20、30、40、50或60在充电过程里和充电后连续放电，因为它们分别将电容压电器件10、20、30、40、50或60的两个接点连接在一起。但支路电阻13、23、33、43、53或63具有足够的值，以便比可控的充电过程和放电过程更缓慢地安排这个过程，如下所述。因此，任何一个压电器件10、20、30、40、50或60的电荷在充电后的一段相关时间里被认为不变。
在各压电支路110、120、130、140、150或160里的支路选择开关/支路二极管对，即在压电支路110里的选择开关11和二极管、在压电支路120里的选择开关21和二极管22等等可以以带有寄生二极管的电子开关(即晶体管)的形式实现，即MOSFET或IGBT(以前为选组开关/二极管对310、315或320、325示出的)。
借助支路选择开关11、21、31、41、51或61能确定哪些压电器件10、20、30、40、50或60分别借助一个共同的充放电机构来充电，其支路选择开关11、21、31、41、51或61在随后描述的充电过程里是接通的的那些压电器件10、20、30、40、50或60都被充电。通常只有一个支路选择开关是接通的。
支路二极管12、22、32、42、52或62用于在放电时跨接支路选择开关11、21、31、41、51或61。因此，在所示例子里，为充电过程选择每个单独的压电器件，而为放电过程或是选择第一组G1或第二组G2的压电器件10、20、30或40、50、60，或者必须选择这两组。
再回到压电器件10、20、30、40、50、60，支路选择压电接点15、25、35、45、55或65或是借助支路选择开关11、21、31、41、51或61或是通过对应的二极管12、22、32、42、52或62以及在这两个情况下还通过电阻300被接地。借助电阻300，测量在压电器件10、20、30、40、50、60的充电和放电中在支路选择压电接点15、25、35、45、55或65和大地之间流动的电流。发现该电流就能实现对压电器件10、20、30、40、50、60的可控充电和放电。尤其是通过根据电流值来接通和断开充电开关220或放电开关230，就可以将充电电流或放电电流调节到预定的平均值和/或防止它们超过最大值和/或低于最小值。
在所示例子里，为了测量而需要一个电压源621，它提供如5伏直流电压，还需要一个成电阻622和623形式的分压器。因此，控制集成电路E(执行测量)应该不会受到负电压的影响，该负电压否则可能出现在测量点620上并且该负电压不该加在控制集成电路E上。这样的负电压通过与一个由上述电压源621和分压电阻622、623提供的正电压相加来改变。
各压电器件10、20、30、40、50和60的其它连接即各自的选组压电接点14、24、34、44、54或64可以通过选组开关310或320或通过选组二极管315或325以及通过线圈240和一条包括充电开关220、充电二极管221的并联电路来与电压源的正极连接，以及作为替换方式或除此之外，通过选组开关310或320或通过二极管315或325以及通过线圈240和一个包括放电开关230和放电二极管231的并联电路与大地相接。充电开关220和放电开关230例如成晶体管形式，它们通过驱动器222或232来控制。
电压源包括一个电容器210，电容器210由一个电池200(如汽车电池)和一个在后的直流电压变压器201充电。直流电压变压器201将电池电压(如12伏)变为如基本上任何其它的直流电压(如250伏)并且使电容器210充电到该电压。直流电压变压器201的控制通过晶体管开关202和电阻203来完成，该电阻用于测量在测量点630是抽出的电流。
为了反向控制，通过控制集成电路E以及电阻651、652和653和例如一个5伏的直流电压源654，能够实现在测量点650上的另一电流测量，此外，通过控制集成电路E以及分压电阻641、642能够在测量点640上测量电压。
最后，一个电阻330(称为总放电电阻)、一个开关331(称为停止开关)和一个二极管332(称为总放电二极管)用于使压电器件10、20、30、40、50和60放电(如果它们在正常工作外如下所述地没有因非标准放电过程放电的话)。停止开关331最好在非标准放电过程后(通过放电开关230的周期性放电)接通并因此使压电器件10、20、30、40、50和60通过电阻330、300接地。因此，或许留在压电器件10、20、30、40、50和60里的残余电压被排除。总放电二极管332防止在压电器件10、20、30、40、50和60出现负电压，否则负电压会损坏压电器件。
所有压电器件10、20、30、40、50和60或者某些压电器件10、20、30、40、50或60的充电和放电借助唯一的充电放电机构(所有组及其压电器件共有的)来完成。在有关例子里，共同的充电放电机构包括电池200、直流电压变压器201、电容器210和充电开关220和放电开关230、充电二极管221和放电二极管231以及线圈240。
每个压电期间的充电和放电以同样的方式进行并且以下将只参照第一压电器件10加以说明。
参照图2A-2D来说明在充放电中出现的状况，其中，图2A、2B表示压电器件10的充电，图2C和2D表示压电器件10的放电。
对一个或多个待充电或待放电的压电器件10、20、30、40、50和60的选择的控制、以下所述的充电过程以及放电过程借助控制集成电路E和控制计算机D并通过接通或断开一个或多个上述开关11、21、31、41、51、61；310、321；220、230、331来完成。以下要详细描述在详细示出区域A里的元件和控制集成电路E和控制计算机D之间的交互作用。
关于充电过程，首先挑选待充电的压电器件10、20、30、40、50或60。为了只对第一压电器件10进行充电，接通第一支路110的支路选择开关11，而其余支路选择开关21、31、41、51、61保持断开。为了只对任何另一个压电器件20、30、40、50或60进行充电或同时对多个压电器件进行充电，其选择通过接通相应的支路选择开关21、31、41、51和/或61来完成。
随后就可以进行充电：在有关例子中，为了充电，一般在电容器210和第一压电器件10的选组压电接点14之间需要一个正的电位差。但只要充电开关220和放电开关230是断开的，则不会出现压电器件10的充电或放电。在这个状态下，图1所示电路处于稳态，即压电器件10保持其充电状态基本不变，在此没有电流流动。
为了对第一压电器件10充电，开关220被接入。因此，理论上讲，第一压电器件10能单独被充电。但会导致可能损伤相关器件的大电流。因此，在测量点620上测量出现的电流，并且一旦所测电流超过预定极限值，则开关220又打开。为了在第一压电器件10上获得任何电荷，充电开关220被重复地接通和打开，而放电开关230始终打开着。
进一步观察，在充电开关220接通时，出现了如图2A所示的状况，即出现了一条完整的电路，它包括一条包括压电器件10、电容器210和线圈240的串联线路，其中，在该电路里有电流iLE(t)流动，如图2A的箭头所示。由于该电流流动，不仅正电荷被输入第一压电器件10的选组压电接点14，而且电能被存储在线圈240里。
当充电开关220在接通后暂时(几微秒)打开，则出现图2B所示的状况，即出现了一条完整电路，它包括一个包括压电器件10、放电二极管231和线圈240的串联电路，其中在该电路里有电流iLA(t)流动，如图2B的箭头所示。由于该电流流动，存储在线圈240里的电能流入压电器件10。根据电能被输入压电器件10，在压电器件里出现的电压增大了并且其外尺寸增大。当实现电能从线圈240到压电器件10的传递时，获得了如图1所示的并且如上所述的电路稳态。
就在此刻或早一些或晚一些(根据所需的充电过程时间变化曲线而定)，充电开关220重新合上并又打开，结果，上述过程重复进行。由于充电开关220重新接通和打开，所以存储在压电器件10里的电能(已存储在压电器件10里的电能和重新输入电能之和)增大，出现在压电器件10上的电压增大，并且压电器件的外尺寸相应增大。
如果重复进行充电开关220的上述接通和断开，则在压电器件10上出现的电压以及压电器件10的伸长逐级增大。
当充电开关220被接通和断开一定次数和/或压电器件10已经达到理想的充电状态时，压电器件的充电通过可以断开充电开关220来结束。
关于放电过程，在所关注的例子里，压电器件10、20、30、40、50和60如下所述地分组(G1和/或G2)放电：
首先，其压电器件要放电的组G1和/或组G2的选组开关310和/或320被合上(支路选择开关11、21、31、41、51、61已经对用于放电的压电器件10、20、30、40、50和60的选择没有影响，因为它们在这里通过二极管12、22、32、42、52、62被跨接)。为了使作为第一组G1一部分的压电器件10放电，因而接通第一选组开关310。
如果放电开关230被接通，则出现图2C所示的状况，出现一条完整电路，它包括一个包括压电器件10、线圈240的串联电路，其中在该电路里有电流iEE(t)流动，如图2C的箭头所示。由于这种电流流动，存在压电器件里的电能(其一部分)被输入线圈240里。根据电能从压电器件10传输到线圈240里，出现在压电器件10上的电压降低并且器件外尺寸减小。
如果放电开关230在接通后暂时(如几微秒)打开，则出现了图2D所示的情况，出现一条完整电路，它包括一个包括压电器件10、电容器210、充电二极管221和线圈的串联电路，其中在该电路里有电流iEA(t)流动，如图2D的箭头所示。由于这种电流流动，存在线圈240里的电能被回输如电容器210里。当完成电能从线圈240到电容器210的传输时，又获得了如图1所示的如上所述的电路稳态。
就在此刻或早一些或晚一些(根据所希望的放电过程时间变化曲线而定)，重新接通和又断开放电开关230，结果，上述过程重复。由于放电开关230重新接通和重新断开，所以存在压电器件10里的电能又减少，出现在压电器件上的电压及器件外尺寸也相应减小。
如果重复多次放电开关230的上述接通和断开动作，则实现了出现在压电器件10上的电压以及压电器件10的伸长的逐级递减。
当放电开关230被接通和断开一定次数和/或压电器件达到理想的充电状态时，压电器件的放电通过可以断开放电开关230来结束。
在控制集成电路E和控制计算机D与在详细示出区域A里的元件之间的交互作用借助控制信号来实现，这些信号通过支路选择控制线路410、420、430、440、450和460、选组控制线路510、520、停止开关控制线路530、充电开关控制线路540和放电开关控制线路550以及控制线路560由控制集成电路E输入在详细示出区域A里的元件。另一方面，在细示出区域A里的测量点600、610、620、630、640、650上测量传感器信号，这些传感器信号通过传感器线路700、710、720、730、740、750被输送给控制集成电路E。
当如上所述地选择压电器件10、20、30、40、50和60以便通过接通和断开相应的开关来执行单个或多个压电器件10、20、30、40、50和60的充电和放电时，在晶体管基极上通过控制线路加上电压或者不加电压。借助传感器信号，尤其是根据测量点600或610来确定所出现的压电器件10、20、30或40、50和60的电压以及根据测量点620来确定充放电电流。
在图3里示出了控制集成电路E所含的元件，即一逻辑电路800、存储器810、数字模拟转换模块820以及比较器模块830。还示出了，(用于控制信号的)快速并行总线840与控制集成电路E的逻辑电路800连接，而慢速串行总线850与存储器810连接。逻辑电路800与存储器810、比较器模块830和信号线路410、420、430、440、450和460；510；530、540、550和560连接。存储器810与逻辑电路800以及数字模拟转换模块820连接。此外，数字模拟转换模块820与比较器模块830连结。另外，比较器模块830与传感器信线路700、710、720、730、740、750连接并如上所述地与逻辑电路800连接。
压电器件的喷油以充电沿和放电沿为特征，如从图4中看到的那样。以下，充电沿被称为起始沿B，放电沿被称为末端沿。如上所述，在压电器件里存在取决于构想的限制条件，即充电沿和放电沿只能同时发生。因此，必须在识别出交叠时按照一定策略做出反应。首先，假定两个喷油的重叠沿能够任意组合，如图5示意所示。
可能有的策略是以下措施的任何组合：
1.如图6所示，为四个沿随意指定优先。此时，所有四个沿可能a)不一样优先，或b)部分不一样地优先，或c)具有相同的优先。
2.随后，描述在奇点优先冲突时的措施。如果同时没有其它沿对相互交叠，则任何两个同样优先或不一样优先的沿的交叠被称为奇点优先冲突。此时可能有以下移动：
a)不太优先的沿超前移动，或
b)不太优先的沿延迟移动，或
c)高度优先的沿超前移动，或
d)高度优先的沿延迟移动，或
e)高度优先的沿超前移动，同时，不太优先的沿延迟移动，或
f)高度优先的沿延迟移动，同时，不太优先的沿超前移动，或
g)高度优先的沿延迟移动，同时，不太优先的沿延迟移动，或
h)高度优先的沿超前移动，同时，不太优先的沿超前移动。
结果，压电器件应充电或放电的时间段没有与其它压电器件应充电或放电的时间段重叠。
如果两个沿一样优先，则可以通过任何方式使优先的喷油或不太优先的喷油超前或延迟移动。
如果在超前的沿是一个起始沿，则该措施相当于喷油超前，只要对应的末端沿以相同的程度超前移。
如果超前的沿是一个末端沿，则该措施相当于喷油时间缩短，只要对应的起始沿保持不变。
如果延迟的沿是一个起始沿，则该措施相当于喷油延迟移动，只要对应的末端沿以相同程度延迟移动。
如果延迟的沿是一个末端沿，则该措施相当于延长喷油时间，只要对应的起始沿保持不变。另外，还可以使不参与交叠的沿延迟或超前。图7示出了所有可行的组合方式。
如果两个重叠的沿超前移，则移动程度必须不一样，这同样适用于两个重叠的沿延迟移动的情况。
3.在奇点二次冲突时的措施
如果同时没有其它沿对相互交叠，则一个由于一次冲突的移动而导致的任何两个一样优先或不一样优先的沿的重叠被称为奇点二次冲突。此时，可以采育与在奇点一次冲突时一样的移动措施。在奇点二次冲突时的移动措施应这样挑选，即没有出现其它后续冲突。否则的话，可能出现三次或更多的冲突，对此要与一次冲突和二次冲突时相应地做出反应。
4.多个优先冲突时的措施
三个或多个任何沿的相关重叠被称为多个优先冲突。在四个沿重叠时，它们或许可能相关地或单独地交叠。此时，遵守以下边缘条件的任何移动措施都可行：
a)任何重叠的沿可以超前或延迟移动；
b)不是所有重叠的沿都必须移动；
c)在移动后，原先重叠的沿不重叠，因此，一个压电器件应充电或放电的时间段不与其它压电器件应充电或放电的时间段交叠；
d)还可以使不参与重叠的沿超前或延迟移动。
5.多个二次冲突时的措施
一个三个或四个任何沿的由一次冲突的移动措施导致的相关的重叠被称为多个二次冲突。此时，可以采取与多个一次冲突时一样的措施。多个二次冲突时的措施应该是有意义的，以便不出现另一个后续冲突。否则的话，可能会有三次或更多的冲突，要与一次冲突或二次冲突相似地对此做出反应。
6.这样的措施变型方式是可行的，其中，除了在2-5点中提到的移动措施外，还考虑以下措施：
a)在选择移动时，不仅考虑优先性，而且考虑有冲突的喷油的类型；
b)在选择移动时，在与相关的重叠形式一样和/或不一样的重叠形式的情况下考虑过去的移动；
c)对应于高度优先的沿的喷油不进行，只要因果关系上可行；
d)对应于不太优先的沿的喷油不进行，只要因果关系上可行；
e)加上一个或多个喷油，以便例如在缩短时获得额定量；
f)如果喷油超前或延迟移动和/或缩短或延长了，则一个或多个其它的与重叠无关的喷油按照相同的或不同的方式变化，从而例如可以在改变的第一补充喷油中改变随后不相关第二补充喷油。此外，喷油也可以不进行。还能想到的是，多余两个喷油的沿重叠或通过措施在冲突有进行另一个喷油。在这里，也可以实施在4.a)-d)点中描述的移动措施。