确定带有直接操纵的喷嘴针的压电喷射器的空行程的方法与流程

本发明涉及一种用于确定带有直接操纵的喷嘴针的压电喷射器的空行程的方法。

背景技术：
这种压电喷射器与燃油喷射相关地应用于汽车，特别是具有共轨喷射系统的汽车。这种压电喷射器具有压电执行器和由该压电执行器操纵的喷嘴针。以压电堆的形式构造的压电执行器形成容性负载，且可以通过施加例如150V的电压而变长。通过该压电执行器，当存在直接驱动的燃油喷射系统时，可以例如利用杆件将压电运动或压电力通过作用方向变换传递到喷嘴针上。在旨在打开喷嘴针的压电执行器充电阶段期间，首先经过一段空行程，然后才打开喷嘴针。空行程系指，在力作用到喷嘴针上之前压电执行器在很大程度上无力的情况下必定延展的路程。在此，驱动单元必须依据系统压力克服规定的力，以便使得喷嘴针提升离开其针座。然后，压电执行器的运动又传递至喷嘴针的运动。空行程因而对喷嘴针提升离开其针座时的时间点有着决定性的影响。按照已知的喷射方案，必须对所用的构件提出高要求，以便减小不可避免的构件散射。除此之外还必须进行大量的影响分析和校正，其中求取相应的设计特性，并在寿命期间补偿标样差别。按照已知的喷射器控制方案，还可以借助电反馈信号的传递来监视各次希望的喷射量，且在需要时补偿空行程的变化，由于喷嘴针与压电执行器直接耦连，所以能进行所述传递。上述方案的缺点在于，例如在并不进行喷射的发动机推力运行中，无法观察到空行程出现的变化，这是因为在这种情况下不存在有关针位置的反馈。因此当再次进行喷射时首先需要多个喷射周期，以便能保证可靠地探测到针位置，而这又以补偿所出现的空行程变化为前提。在此，压电喷射器的温度模型会有支持作用。但即使这样也仅仅不充分地保证喷射量的精确性。对于嵌入式喷射器来说，构件即驱动单元和喷嘴针的位置特别是因热膨胀而发生很大的变化。这需要持续地矫正燃油喷射量。这种持续的矫正以精确地确定压电喷射器的空行程为前提。

技术实现要素：
本发明的目的在于，提出一种用于确定压电喷射器空行程的方法，借此可以尽可能精确地获知压电喷射器的空行程。该目的通过一种根据本发明的用于确定压电喷射器空行程的方法得以实现。根据本发明，压电喷射器具有压电执行器和由压电执行器直接操纵的喷嘴针，为了确定该压电喷射器的空行程，对压电执行器施加引起压电行程持续增加的测试脉冲，测量在测试脉冲开始与经过空行程时的时间点之间的时段，由测得的时段推断出压电执行器的空行程。这种方法的优点特别是在于，在喷射系统的全部运行状态下可以观察到空行程的变化或偏移。该优点的实现方式主要为，产生测试脉冲，该测试脉冲尽管并不导致喷射，却允许精确地求得空行程。附图说明本发明的其它有利的特征可由其参照附图所做的如下示范性说明得到。其中：图1为用于介绍直接驱动的压电喷射器的工作方式的草图；图2为用于阐述直接驱动的压电喷射器的空行程变化的草图；图3为用于说明利用测试脉冲求取空行程的曲线图；和图4为用于介绍后续喷射过程的调节参数调整的影响的曲线图。具体实施方式图1和2所示为用于介绍直接驱动的压电喷射器的工作方式的草图。所示的压电喷射器具有压电执行器1、销或推杆2、钟形罩4、杆件5、中间垫片6、喷嘴针弹簧7、喷嘴针8和喷嘴体9，其中的中间垫片和喷嘴针弹簧在图1中未示出。喷嘴体9的尖端伸入到汽车的燃烧室10中。压电执行器1由多个独立的薄层构成，这些薄层在借助电流源11施加电压时延展，也就是说，它们把所施加的电压转换为机械功或机械能。反之，压电执行器的机械影响会引起能够被测量的电信号。压电执行器的可达到的延展取决于一些参数，这些参数包括压电执行器的名义长度、其层数、所进行的极化品质及其有效面积与其总面积的比例。如果压电执行器被充电，它就在相应喷射的时段内保持其所达到的延展。就图1中所示的实施例而言，压电喷射器利用压电执行器1直接驱动喷嘴针8。为此，压电执行器1通过销2、钟形罩4、杆件5和中间垫片6直接与喷嘴针8连接，它们是刚性的、形状配合地引导的耦接部件。通过喷嘴针与压电执行器的这种直接连接，可以实现由针的运动对压电执行器施加反作用力，这可在电容变化过程中看到。每次对压电执行器施加力都体现在所测电容的变化上。喷嘴体9随温度延展。喷嘴针弹簧7的目的在于，使得喷嘴针8保持在其针座中。喷嘴体9沿其纵轴线方向的所述延展即所谓的喷嘴延长会影响最大针行程。在未示出的蓄压管中产生的蓄压管压力也会影响喷嘴体的延长及喷嘴针的缩进（Stauchung）。在针打开过程中，首先对压电执行器1通电，由此将其充电。在经过空行程3之后，压电执行器1的延展通过销2传递到钟形罩4上。钟形罩4在两侧对称地挤压杆件5，其形成一个杆件对。该杆件以摇杆的形式在中间垫片6上摇摆。两个杆件的相应的作用点位于喷嘴针8的槽口中。通过前述机理，压电执行器1的轴向压力传递到喷嘴针8上。一旦提升力大于弹性力与液压力的总和，且喷嘴体9的弹性不再负责使得针座与喷嘴针随动，喷嘴针就提升离开其针座。在经过规定的路程例如在压力为200MPa情况下所历经的100μm之后，针顶撞到中间垫片上。于是建立起反作用到压电执行器1上的接触力。利用这种压电执行器1可以实现使得喷嘴针8仅部分地提升离开其针座并保持所谓的部分行程。打开的在喷嘴针与喷嘴体之间的通流横截面在此小于所有喷嘴孔的横截面的总和。如上所述，就图1中所示的压电喷射器而言，压电执行器1通过刚性的耦接部件2、4、5、6直接作用到喷嘴针8上，反之亦然。由此通过测量压电执行器1上的电压来检测作用到喷嘴针8上的力。压电执行器具有如下特点：至少在对于当前喷射过程必需的时间内保持通过充电所达到的延展状态。此外上面已经介绍过，对于直接驱动的压电喷射器来说，它可以在部分行程工作中运行，此时，喷嘴针从其针座提升离开仅仅最大可能距离的一部分并保持在那里。在前述压电喷射器的工作中，在温度变化剧烈的情况下，空行程3会出现变化或偏移。例如在燃烧室10中就会出现这种剧烈的温度变化。燃烧室温度通过压电喷射器的部分地伸入到燃烧室中的喷嘴尖端传递到该压电喷射器上。在这种情况下会出现如下一系列效果：-喷嘴体9沿着轴向或者沿着朝向燃烧室10的方向变长；-喷嘴针8跟随喷嘴尖端；-杆件5把向上的运动传递到钟形罩4上；-钟形罩4沿压电执行器1的方向移动；-由于钟形罩4移动，销2也沿压电执行器1的方向移动；-空行程3由此变小。图2所示为用于阐述空行程的这种变化的草图。在此，利用符号⊿T和在喷嘴体9中示出的向下的箭头来表示，喷嘴体9在受热情况下延长。利用喷嘴针8中的也向下的箭头来表示，喷嘴针8在未受操纵状态下跟随喷嘴针。利用箭头F来表示，通过在杆件5方面的力转换，钟形罩4向上朝向压电执行器1移动，从而减小空行程3。空行程的这种减小在图2中用符号⊿LH表示。所导致的空行程终究取决于喷嘴针8与喷嘴体9之间的温度差。依据本发明对空行程的测量基于测试脉冲的产生，该测试脉冲尽管不会导致喷射，却允许精确地求得空行程。为此借助电流源11对压电执行器1施加较低的恒定电流，该电流源是高阻抗的电流源。借助该恒定电流产生持续的电压上升，因此类似于电压斜坡产生持续的压电行程。压电单元在空行程的区域中仅克服通过销2作用到压电执行器1上的所产生的力进行工作。只要无附加的力一同作用，所产生的力就保持恒定，且可以在另一后续过程中由处理计算出来。一旦经过了空行程且压电执行器1通过销2作用到钟形罩4上，所作用的力就会增大。这导致压电执行器的速度变化。这基于压电单元的刚性，并意味着，行程几乎保持恒定，基本上在压电执行器内部建立起内部力，该力足以使得喷嘴针提升离开其针座。图3所示为用于说明利用测试脉冲求取空行程的曲线图。在此，在曲线的上部分沿着纵坐标绘出针行程，在下部分沿着纵坐标绘出压电行程。沿着横坐标均绘出时间t。在此，在描绘压电行程的轴上标出在压电执行器的未受控制的状态下存在的表示空行程的不同值的行程值h1、h2和h3。在曲线的下部分的右侧示出测试脉冲TP1、TP2和TP3及其对压电行程的影响。测试脉冲TP1在时间点t0起始于空行程值h1，并引起沿着电压斜坡的持续的压电行程，该电压斜坡在时间点t3与图3中所示的线1相交。该线1表示压电执行器1作用到销2上的时间点。在t0与t3之间的时间间隔表示空行程h1。测试脉冲TP2也在时间点t0开始，但起始于空行程值h2，并引起沿着电压斜坡的持续的压电行程，该电压斜坡在时间点t2与图3中所示的线1相交。该线1表示压电执行器1作用到销2上的时间点。在t0与t2之间的时间间隔表示空行程h2。测试脉冲TP3也在时间点t0开始，但起始于空行程值h3，并引起沿着电压斜坡的持续的压电行程，该电压斜坡在时间点t1与图3中所示的线1相交。该线1表示压电执行器1作用到销2上的时间点。在t0与t1之间的时间间隔表示空行程h3。图3中所示的时间点t4表示相应的测试脉冲结束。如由图3可见，测试脉冲的持续时间经过选择，使得在任何情况下都不因测试脉冲引起针行程。在测试脉冲与线1相交时所在的时间点和测试脉冲开始之间的时间间隔分别表示当前的空行程。相应的空行程越大，在测试脉冲开始之后直至达到相交线1的持续时间就越长。因而可以由使测试脉冲直至达到相交线1所需要的该持续时间推断出空行程有多大。根据相应求得的持续时间，进而根据相应的空行程，利用事先建立的存储在汽车中的数据库读出电压值，在该数据库中还考虑到系统压力，借助这些电压值对压电执行器进行后续控制，进而进行后续的喷射过程。这特别有利于在发动机推力阶段结束之后再次进行喷射，这是因为，采用本发明的方法能实现从发动机推力阶段之后的第一次喷射起就已经精确地喷射所希望的燃油量。这将参照图4予以介绍，该图是用于介绍后续喷射过程的调节参数调整的影响的曲线图。在此，曲线K1指配于图3中所示的测试脉冲TP1，曲线K2指配于图3中所示的测试脉冲TP2，曲线K3指配于图3中所示的测试脉冲TP3。由图4可见空行程偏移对可能的喷射事件的影响。示出了类似于可能的预先喷射的短暂的电控制情况和类似于主喷射的针行程被增加的时间较长的控制情况。由于空行程水平h1朝向空行程水平h3偏移，所喷射的量较大。其原因是，随着空行程水平的减小，液压喷射在时间上提前开始。如果在电控制压电机构时未考虑到此点，喷嘴针就在弹道运行（预喷射）中继续打开，相应地晚些时候再关闭。在非弹道喷射（主喷射）且针完全打开的情况下，这种效应也会表现出来，除非最大的针行程通过限制机构而被限制。假定对空行程进行探测，如所述，则可以借助测得的从t0至t1或t2或t3的时间间隔在控制中考虑相应的差别，如图4中所示。使喷射量相同的可能的方案是，矫正对相应喷射的持续控制时间、矫正喷射位置、矫正压电行程和矫正喷射压力或者多个所述方案的组合。