噴射控制系統的製作方法

2023-05-21 07:29:06 2

專利名稱：噴射控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種操作壓電燃料噴射器的方法。本發明尤其涉及一種操作壓 電燃料噴射器以改善其工作壽命和保持燃料噴射量精度的方法。
背景技術：
在內燃機中，已知的是利用燃料噴射器將燃料輸入發動機的氣缸。 一種允 許對燃料供給精確測量的燃料噴射器稱作"壓電噴射器"。典型地，壓電噴射器包括壓電促動器(piezoelectric actuator),其可操作地，直接或間接地控制閥針 在噴射和非噴射的狀態之間運動。閥針結合閥針座來控制通過噴射器噴嘴中的 一個或多個出口的燃料供給。液壓放大器可設置於促動器和閥針之間，從而通 過促動器的軸向運動引起放大的閥針的軸向運動。EP0995901中描述了上述類 型的壓電噴射器的實例。壓電促動器包括壓電元件疊堆(stack),其總體上電學上等效於具有特定容 量的電容器。應用於壓電疊堆的電壓的變化改變了疊堆上儲存的電荷量(也稱 作"、鵬電平")，因此，改變了壓電疊堆的軸向長度。通過疊堆長度的變化和 由此帶來的閥針相對於座的位置的變化，來控制通il燃料噴射器的燃料量。這 樣，壓電燃料噴射器就具備了精確地測量少量燃料的能力。在共同待審的歐洲 專利申請EP1174615中描述了一種已知的上述類型的壓電操作燃料噴射器。壓電促動器上應用和去除的電荷的量可通過一種或兩種方式來控制。 一種 電荷控制方法中，在一段時間，施加或中斷壓電促動器的電流，以便分別地增 加或去除疊堆所需電荷。可替換地，在電壓控制方法中，施加或中斷壓電促動 器的電流，直到壓電促動器的電壓到達所需的(預定的)差分電壓電平。無論 怎樣，當壓電促動器上的電荷水平變化時，壓電促動器的電壓也會變化(反之 亦然)。典型地，發動機具有多個燃料噴射器，其按照一個或多個燃料噴射器為一 組的形式組合在一起。如EP1400676中所述，每組噴射器具有各自的控制噴射
操作的驅動電路。所述電路包括例如可提高電源產生的電壓的變壓器(例如， 從12伏到更高的電壓)的電源，和可儲存電荷、及能量的存儲電容器。將更高 的電壓應用到存儲電容器，其用作在每個噴射活動中，壓電燃料噴射器充電和放電的電源。在WO2005/028836A1中描述了改進的驅動電路，該電路不需要專 門的電源，例如^J玉器。為了開始燃料噴射，可利用驅動電路來弓胞促動器端子的差分電壓從高電 壓向相對低的電壓轉換，在高電壓處燃料不發生燃料供給，在相對低的電壓處， 發生;)t料供給。響應於這種"驅動波形"的噴射器稱作"去、 (de-energise) 噴射"噴射器。因此，當這種去激勵噴射噴射器處於未噴射的狀態時，噴射器 壓電促動器上的電壓相對較高；反之，在噴射狀態時，促動器上的電壓相對較 低。 一般的，由於每個燃料噴射活動相對很快，壓電促動器在其運行壽命內的 大約95%是處於完全激勵的。然而，可以意識到的是，在促動器操作周期的相對長的一部分內，這樣高 的電壓用在壓電促動器，會引起壓電疊堆的退化("老化")，弓胞其機械特性禾口 減電特性及由此帶來的噴射器有效壽命(耐久性)和性能的變化。這些問題可 部分地歸咎於在非噴射狀態的較高的差分電壓下，壓電促動器上施加的較高的 應力水平。可以推測，促動器端子的高壓會直 各種離子通過促動器保護封裝 滲透到促動器。無論如何，任何可導致燃料供給體積的不準確都將最終影響燃燒效率並導i^的;)t料經濟性和增加廢氣排放。由此，本發明期望的是提供一種壓電促動器控制的燃料噴射器，其不會在 如此高比例的運行周期內承受較高的差分電壓，M31這樣方式可提高噴射器的 工作壽命並有利地保持燃料噴射量的精度。本發明其它優點是提供一種操作壓電促動器控制的燃料噴射器的方法，通 過該方法可延長噴射器壽命，並增強或保持其供給可預定的和精確的燃料噴射因此，本發明涉及一種操作壓電燃料噴射器的方法以便克服或至少緩減上 述問題中的一種。發明內容在廣義上說來，本發明提供操作壓電促動器控制的燃料噴射器的方法，這
樣可降低壓電促動器(piezoelectric actuator)被暴露到的高差分電壓(相對於傳 統的壓電噴射器)，和/或減小促動器暴露於高差分電壓的時間長度。本發明的方 法還提高了噴射器的工作壽命，和/或保持或提高了燃料噴射量的精度。因此，第一方面，本發明提供了一種操作燃料噴射器的方法，該燃料噴射 器包括具有壓電疊堆的壓電促動器，其中，在使用中，燃料噴射器與燃料軌道 該方法包括(a)在放電周期(T0到Tl)向所述促動器施加放電電流 (Idischarge)，使得所述疊堆從所述疊堆兩端的第一差分電壓電平(Vq)放電到 所述疊堆兩端的第二差分電壓電平(V!/V2)(以便開始噴射活動)；(b)在一段 時間(Tl到T2;"保壓周期(dwell period)")保持所述第二差分電壓電平(在 此期間，保持噴射活動)；禾B (c)在充電周期(T2到T3; T2到T3')向所述促動器施加充電電流(ICHARGE)，使得所述疊堆從第二差分電壓電平充電至l傑三差分電壓電平(V3)(以便結束噴射活動)；其中，所述第三差分電壓電平(V3) 是根據至少兩個發動機參數來選擇的，所述至少兩個發動機參數選自燃料軌 道中的燃料壓力(稱作"軌道壓力"，或"P" ); Ton (燃料噴射活動的工作時間 (on-time));和壓電疊堆溫度(Temp)。最合適地，噴射器是去激勵噴射噴射器，其中燃料噴射器是由壓電促動器的放電來觸發的。有利地，在向促動器施加充電電流(icharge)之前，確定所 述至少兩個發動機參數。確定所述至少兩個發動機參數的步驟可包括測量或估 計。有利地，所述參數通31測量來確定。如上所述，典型的，噴射器包括閥針，該閥針通過壓電促動器可操作地與 閥針座接合和釋放，從而控制燃料噴入發動機。在同樣的條件下，壓電促動器 上的差分電壓電平確定了其長度。促動器上的差分電壓等於連接在壓電促動器的兩端子的每一個的電壓的差值，這樣，如果一個端子連接在250V的電壓源而 另一個端子連接在50V的電壓源，夷，麼該差分電壓電平就是200V。在一個實施例中，疊堆從第二差分電壓電平到第三差分電壓電平(V3)充電 的步驟由驅動電路來控制，該電路包括處於電壓Vhi的高壓軌道(rail)和處於 電壓Vlo的低壓軌道，它們可與壓電促動器的相應端子連接。驅動電路合適地包括對高壓或"頂部"軌道充電的機構，該機構用來對促 動器(反覆)充電(即，激勵)。如果頂部軌道和壓電促動器連接了足夠的時間段，男卩麼促動器上的差分電壓就會與VHI和VLO的差值相平衡。因此，頂部軌道
設置促動器的最大電壓，而提供低壓或"底部"軌道設置促動器的最小電壓。 出於充電和放電目的在驅動電路裡方便地設置開關以控制頂部軌道和底部軌道 之間的促動器的連接。驅動電路還包括兩個存儲電容器，其分別地用於充電和放電壓電促動器。設置第一存儲電容器，其中可m從第一存儲電容器除去電荷來減小高壓軌道的電壓。方便地，驅動電路包括或安裝了，例如來自發動tl控制單元(ECU)的電 壓源或電源(Vs)，其可方便地從一般12V的發動機電池逐步提高到，例如50V 到60V之間。有利的是，禾,驅動電路來控制壓電促動器的充電和放電，這樣， 可動態地控制相關聯的壓電燃料噴射器。在一個實施例中，這樣的控制是通過 禾,兩個存儲電容器來實現的，這些電容器交替地連接至U燃料噴射器鄉電子 電路。方便地，在充電階段，第一存儲電容器與噴射器裝置連接，其結束噴射 活動；而在放電階段，第二存儲電容器與噴射器裝置連接，從而啟動噴射活動。 在充電階段(T2到T3; T2到T3')結束時並且在隨後的放電階段(TO到T1) 之前，可利用再生開關補充第一存儲電容器並通過頂部軌道允許重新建立帶電 促動器的高壓。一般的，發動機包括多個燃料噴射器，因此，本發明所述的方法可用來在 同一時間內操作發動機內的多個燃料噴射器。另外，在4頓中，在發動機連續 運轉周期內，發動機燃料噴射器通常提供一次以上的燃料噴射活動例如，根 據發動機的鵬和/或負荷，針噴射器在每秒可提供一次或多次噴射(例如每 秒噴射l、 2、 3或4次)。因此，可以理解的是，戰步驟(a)到(c)涉及單 個燃料噴射活動(或一個燃料噴射"循環")和典型地燃料噴射器的操作的步驟， 以及最後禾擁本發明所述方法的發動機可包括多個這樣的燃料噴射循環/動作。 因此，在按照本發明所述方法操作燃料噴射器並且存在至少兩個連續燃料噴射 活動的情況下，可以理解的是，_ 在先燃料噴射活動的"第三差分電壓電平"(V3)也可方便地表示戰緊接在後的燃料噴射活動的"第一差分電壓電平"(Vo)。M基於與燃料噴射活動相關的至少兩個發動機參數皿擇第三差分電壓 電平，當噴射器保持關閉時，保持在相鄰噴射之間的壓電促動器所處的電壓， 可以被選擇為最小化壓電促動器上的電荷，而不損害噴射器在需要的時刻提供 精確的燃料噴射量的能力。在一個實施例中，確定至少兩個發動機參數的步驟包括觀糧或估計被選擇 的參數(1)在放電周期開始之前；和/或(2)在放電周期(T0到T1)期間； 和/或(3)在保壓周期(Tl到T2)期間。因此，齡相關的發動機參數可在燃 料噴射循環的不同的周期(或間隔)確定；在上述(1)到(3)的周期中的一 個以上期間，或者兩個或更多個參數可在相同的間隔內確定。例如，軌道壓力 和T。n可先於充電周期的開始來確定，疊堆溫度可以在放電周期期間確定。然而， 在每種情況下，在步驟(c)中，相關發動機參數先於隨後的充電周期來確定。適當地，所,少兩個發動機參數是軌道壓力和Ton。在有利實施例中，第 三差分電壓電平(V3)依靠軌道壓力、T。n和壓電疊堆^^SH個參數皿擇。 因此，第三差分電壓電平有利地作為軌道壓力、T。n和壓電疊堆a^的函數鄉擇(例如，V3=f (P， Ton， Temp))。操作和/織軍釋確定的發動機參數來輸出第 三差分電壓電平的裝置可統稱為"數據比較裝置"。數據比較裝置可以是任何合 適的系統或系統的組合，例如， 一個或多個查找表、數據圖、比例函數(scale function )、方禾呈等o公認的是，在相對高的軌道壓力下，與在較低的軌道壓力下得到相同的閥 針的提升量相比，就需要更大的促動器位移，因為關閉噴射器閥針的力隨著軌 道中的壓力在增加。因此在相對低的軌道壓力下，在不損害閥針提升和隨後燃 料噴射活動的情況下，可以降低在、漏狀態下的促動器兩端的鄉樹電壓。因此， 採用一種方式，通過根據發動機燃料軌道中的燃料壓力 擇促動器的、激勵電 平(即，第三差分電壓電平)，當促動器處於激勵(非噴射)狀態時，運行本發 明的方法來降低在燃料噴射器中的壓電促動器兩端的電壓，這樣允許更有效地 操作噴射器且不損害會破壞噴射器運行的針閥的提升。更詳細地，如果軌道壓 力相對較低，發動機不需要噴射大的燃料量並且壓電促動器只需很少的放電就 能得至U所需小的針的位移和小的燃料噴射量。因此，為了燃料噴射的大的差分 電壓降，壓電促動器無需保持在高的差分電壓電平；並且因此，在前面的燃料 噴射活動之後，可以對噴射器的壓電促動器再次充電以達到第三差分電壓電平 (V3)，該電壓電平低於在前面的燃料噴射活動之前疊堆上的差分電壓電平(即， 第一差分電壓電平Vc)。在這樣的環境下，M斷氐在壓電疊堆上的電壓差，在 非噴射狀態時，降低了促動器應九這樣有益於噴射器的壽命。另外，當疊堆 上有較低的電壓降時，也易於降低離子物質通過保護性促動器封裝滲透到促動 器中。相反地，例如，在發動機怠速的時期之後，軌道壓力可快速增加，因此 選擇的第三差分電壓電平(V3)可能會高於第一差分電壓電平。由此，在激勵 狀態下，在一定程度上，選擇的促動器的差分電壓電平可能與軌道壓力成比例。 方便地，參照壓電促動器的激勵電平/狀態(或"充電電平"，VchaRGE)，可 以理解的是，對於本發明的目的而言，壓電促動器的激勵電平可認為既包括第 一差分電壓電平乂包括第三差分電壓電平。本發明的一個目的是將燃料噴射器 的壓電促動器的激勵電平保持在儘可能低的差分電壓達儘可能長的操作周期持續時間。適當地，該差分電壓低於250V，或低於200V;有利地，其在200V到 150V的範圍之內，或在200V至U00V的範圍之內。更有利的，本發明的方法 的目的是，將促動器的充電電平在燃料噴射器被;飲活的大部分時間(即，在該 時間的至少50%或在該時間)內保持在180V至lH00V的範圍，或保持在150V 到100V的範圍。另外按照軌道壓力皿擇第三差分電壓電平，第三差分電壓電平作為下一 個(隨後的)燃料噴射活動的預定電脈衝時間(T。n)的函數可以被改變。電脈 衝時間通常認為是燃料噴射活動發生的時間周期，並且(在非激勵燃料噴射器 中)它由放電周期(T0到T2)組成，其包括促動器的放電階段(T0到T1)和 保壓周期(Tl到T2)。有益地，本發明的方法考慮了下一^M料噴射活動的預定T^以在前面的 (或當前的)噴射活動之前或期間來指趙選擇壓電促動器的期望的充電電平(即， J^第三差分電壓電平)。本實施例提供了發動機處於怠速期間的具體的優勢， 因此，為了保持發動機低速運行，很短的持續時間僅需要有限的針閥提升量， 促動器兩端的被激勵的差分電壓可降到最低電平，該電平是足夠保證針閥提升 所需的少量充電電荷的。此外，由於(在一些操作條件下)發動機在運行期間 的大部分是處於怠速，因此本發明可在其整個運行壽命過程中優化壓電促動器 的電壓控制。基於發動機負荷、發動機速度和/或節氣門位置來確定下一個燃料噴射活動 的T孤的範圍，第三差分電壓電平作為發動機負荷、發動豐腿度或節氣門位置或 這些發動機參數中的一個以上的組合的函數來變化。另一個實施例中，第三差分電壓電平可作為疊堆溫度的函數 擇。由於 許多原因，疊堆溫度可以是相關的發動機參數，例如在一些運糹亍溫度下，壓 電疊堆被施以增大的應力，這意味著疊堆長度上的大的和/或快速的變化會增加
破壞疊堆的可能性，並且壓電疊堆的容量可受其溫度的直接影響。因此，如果 疊堆^iS己知，貝何用溫度依賴方式來控制燃料噴射器，由此，在發動機起動 時(例如，當促動器可能相對冷的時候)和發動機運行延長時(例如當促動器 可能相對熱的時候)，提供精確且可預測的燃料計量，並幫助延長促動器的壽命。 在一定程度上，促動器在其激勵狀態的差分電壓電平可與疊堆溫度成反比地來 選擇，因為疊堆更容易被高溫時的長度的變化破壞。在一些操作條件下，壓電 疊堆在高溫時相比其在低溫時對電荷電平的變化反應更加ffiil，並且因此來調 節電荷的變化量。共同未決的申請EP1811164中描述了一種方法，ilil這樣的方法可以確定 (測量或估計)壓電促動器的疊堆溫度，該方法合併於此作為參考。在一個實施 例中，壓電疊堆的溫度可在運行期間直接地測量。然而，由於燃料噴射器促動 器的封裝，用間接的方式來觀懂運行期間疊堆的、鵬可能更加方便，例如，在 發動機校準期間，基於測量和/或計算和/或模擬的發動機參數棘得到。合適地，第三差分電壓電平可通過一個或多個基於校準數據的查找表、數 據圖、方程或比例函數皿擇。在 燃料噴射系統的供給和/或配備之前，校準可由發動t;v系統製造商方便地實現。第三差分電壓電平可以是所述至少兩個發動機參數的步進變化 (step《hange)函數或可以是所述至少兩個發動機參數的線性函數。在有利的實施例中，第三差分電壓電平是利用數據比較裝置，擇的，例 如，與L和軌道壓力有關的繊圖、查找表、比例函數或方程。合適地， 比較裝置是基於Ton和軌道壓力的娜圖或查找表。在一個實施例中，利用T。n 與數據圖形式的軌道壓力一起來得到第三差分電壓電平的輸出。作為示例，在 軌道壓力和T。n都處於或接3fi它們的最小值時，第三差分電壓電平可被選擇為最 小的合適電平。可替換地，在便利實施例中，所述輸出可以由更間接的方式提供第三差分 電壓電平，即通過提供頂部軌道電壓的值以得到所需的第三差分電壓電平，該 值應該被施加到壓電促動器的一個端子(假設在第二個促動器端子的低壓電平 是已知的)。在這點上，本領域技術人員可以理解的是，壓電促動器的差分電壓 就是連接在兩個促動器端子的旨上的電壓電平之間的差值。在還考慮疊堆溫度時，與Ton和軌道壓力相關的數據圖、查找表或比例函數
的輸出可被輸入到另一個數據比較裝置中，例如和壓電疊堆溫度有關的比例函 數，或數據圖。由此，在一個有益的實施例中，選擇第三差分電壓電平的過程 包括從與軌道壓力和T。n相關的f^圖得至操一輸出；M;將基於疊堆溫度的 比例函數施加到第一輸出來得至l傑二輸出；並且其中，第二輸出相應於所需的 第三差分電壓電平。在另一個合適地實施例中，選擇第三差分電壓電平的過程 包括從與軌道壓力和T。n相關的f^圖得至U第一輸出；從將疊堆溫度與第一輸 出相關的數據圖得到第二輸出；並且其中，第二輸出相應於所需的第三差分電 壓電平。可替換地，為了得到期望的第三差分電壓電平，第二輸出相應於連接 到壓電促動器的所需頂部軌道電壓。在另一個實施例中，第三差分電壓電平可按以下步驟皿擇應用三個比 例函數， 一個比例函數基於軌道壓力、TOT、和壓電疊堆溫度中的每一個。選擇了合適的第三差分電壓電平之後，在燃料噴射活動結束時(即在電脈衝時間結束時)，該方法還包括在充電周期(T2到T3或T2到T3')向所述促動器施加充電電流(ICHARCE)，使得所述疊堆在燃料噴射活動中從其目前電平(即第二差分電壓電平)充電到所選擇的第三差分電壓電平(v3)，以結束燃料噴射 活動。可以任何適當的方式調整所述疊堆被再充電至啲第三差分電壓電平(按照所超少兩個發動機參數)，例如，通過調整到促動器端子的電壓源電平(例如，高壓軌道，VH);或在放電活動之後的促動器再充電期間(T2到T3或T2 到T3')，通過控制再次施加到促動器上的電荷量。到促動器的高壓源的電壓 電平的調整可通過任何合適的方式實現。例如，在一些條件中，ttt電子電路 和/或控制裝置可有效地降低頂部軌道電壓。方便地，以無源步進式方式，ffl31 在頂部軌道電壓的任何降低之後可選擇地不給頂部軌道再充電到其以前的高電 平，降低促動器的高壓源的電壓電平(Vhi)。例如，當用於對壓電促動器重新 充電時，會發生頂部軌道電壓的下降。在本發明的一個實施例中，通過包括再生開關電路的驅動電路來控制壓電 促動器上的差分電壓。再生開關電路首先包括第一存儲電容器，當電壓降低到 以前的水平以下時，該電容器可用來再生頂部軌道的電壓。合適地，在噴射活 動結束時在再生階段期間，通過ECU，再生開關電路可操作地來改變返回到第 一存儲電容器的電荷。由於在第一存儲電容器的電荷決定了驅動電路的高壓軌
道的電壓電平，通過調整再生電路操作的時間，可以控制頂部軌道的最大電壓 電平，並且因此可控制壓電促動器被重新充電到的最大電壓。因此，在降低頂部軌道電壓的無源機制中，所述方法包括在一段時間，中 斷用於對頂部軌道再次充電的第一存儲電容器和頂部軌道之間的連接(例如通 過開關)。在非連接周期期間，頂部軌道上的任何電壓降，例如，由促動器的再 充電產生的電壓降，不是通過從驅動電路的第一 電容器的頂部軌道充電來韋卜償 的。在降低頂部軌道電壓的被動機制(passive mechanism)中，頂部軌道電壓 可例如在每次燃料噴射活動降低幾伏(例如10V或更小，例如0到5V)。給定 工作發動機的燃料噴射的頻率，通過這樣的方式，頂部軌道的電壓可以在數秒 內減小50V。在另 一個實施例中，驅動電路可包括對上述第一存儲電容M效地放電的 方法，以有效的除去大量的存儲電荷，並且由此，有效減小頂部軌道的電壓。在另一個實施例中，本發明的方法包括選擇充電周期(或充電時間，T2到 T3或T2到T3')，在此期間，充電電流施加到促動器上以便得到促動器上的 第三差分電壓電平。在這個實施例中，頂部(高壓)軌道的最大電壓可以是恆 定的或可以變化，例如，象上述討論的那樣。可方便地利用這些選擇的充電周 期來控制促動器上的最大差分電壓電平。例如，對於例如250V的恆定頂部軌道 電壓和例如50V盼g定底部軌道電壓，減小充電周期(T2到T3或T2到T3') 會導致更低的第三差分電壓電平(V3)，假定減小的充電周期比促動器達到頂部 軌道電壓所需的時間少。因此，在這個實施例中，該方法包括，根據所述至少 一個發動機參數 擇第三差分電壓電平之後，選擇施加充電電流的充電時間， 以便得到選擇的第三差分電壓電平。在上述方法中，從第一差分電壓電平到第三差分電壓電平(M第二差分 電壓電平)的促動器上的電壓變化可以fflil逐步(例如，通過中間電壓電平V3 .)或單一步驟執行。減小頂部軌道電壓(和由此的第三差分電壓電平)的被動 機制被方便地逐步執行，以至期望的目標第三差分電壓電平通過多個中間電壓 電平V^來實現，所述中間電壓電平連續地集中在目標第三差分電壓電平上。例如，可通i^l行多個連續燃料噴射活動來獲得目標第三差分電壓電平V3，禾,它們中的每一個來斷氐頂部軌道的電壓到幾個伏特(例如，^hM料噴射活動1
到5V)，由此降低壓電疊堆上的差分電壓(如前所述)，直到實^i期望的第三差分電壓電平為止。因此，在一個實施例中，本發明所述方法的步驟(C)可包括(bl)重複步驟(a)和(b); (b2)在充電周期(T2到T3')，向促動器施加充電電流(ICHAROE)，使得所述疊堆從所述第二差分電壓電平充電到中間差分電壓電平(V3.)，其中中間差分電壓電平是處於所述第一和第三差分電壓電平之間的電平； 和(b3)重複步驟(bl)和(b2)，直到中間差分電壓電平V3'等於或近似於(即 收斂於)所述第三差分電壓電平；其中在第一 (或在先)步驟(b2)得到的所 述中間差分電壓電平(V3')被採用作為在第二 (或相繼)步驟(bl)中的所述 第一差分電壓電平(Vo)。合適地，中間差分電壓電平(V3,)低於第一電壓電平，因此，在運行步驟 (a)， (b)， (bl)和(b2)中，在非噴射狀態，促動器的高差分電壓電平(Vo; V3,)被逐步地減小直到達到目標第三差分電壓電平(V3)。方便地，激勵壓電 促動器的差分電壓電平的減小可通過被動機制來減小，例如，禾,能夠提供給 頂部軌道(如前所述)電壓源的(第一)電容器來阻止驅動電路的頂部軌道再 次充電。在替換實施例中，然而，中間電壓電平是通過主動機制(active mechanism)來獲得的。在減小差分電壓電平的主動機制中，例如，在促動器的 壓電疊堆從驅動電路的頂部軌道得到充電電流期間，ECU可以控制充電周期(T2 到T3')。可替換地，如果需要增加壓電疊堆的^敫勵差分電壓電平，主動機制 可包括提高頂部軌道電壓(VHI)，例如，通過提高再生頂部軌道的第一存儲電容 器上的電荷量，或增加頂部軌道的再生時間。本發明進一步認識到，簡單地減小(或增加)壓電促動器的電壓會帶來附 加產物(artefact),尤其關於噴射量的精度。就這方面而言，由於壓電材料的固 有屬性，電壓促動器疊堆的位移及由此噴射閥針位移的範圍，不僅依靠整體的 電荷移動(即從疊堆上增加或去除的電荷量)，而且還依靠促動器端子兩端的差 分電壓的大小。如果促動器的端子兩端的差分電壓的大小從例如200V減小到 150V，男P麼促動,移的大小也可減小相同的差分電壓降。例如，如果由電壓 控制來操作促動器，例如從200V的差分電壓電平開始的150V的差分電壓降， 與相等的從150V到0V的150V的差分電壓降相比，會帶來壓電疊堆的(和由 此相關的噴射閥針的)更大的位移。當通過電荷控制操作促動器時，存在對以
的問題。由此，通過改變壓電促動器上的絕對差分電壓電平或電荷，促動器的 操作也會穀膨響。同時，控制燃料噴射閥的在壓電促動器上的電荷變化ilit (或差分電壓變^il度)可確定闊針的位移 ，因此，也分別地確定了噴射閥打開和減關閉 來開始或結束燃料噴射活動的速度，以及在燃料噴射期間的燃料噴射量。換言之，在恆定的例如200V的起始差分電壓下，壓電促動器更快的放電il^會導致 疊堆更快的收縮率，相關的燃料噴嘴的更快的開啟，以及潛在的在特別的時間 周期內噴射的燃料的量的增加。實際上，促動器壓電材料的固有屬性和噴射器的設計都意 在燃料噴射器中的促動器的速度和延伸(或壓縮)量要受多個因素的影響，包括操作差 分電壓電平；差分電壓的變化；接觸促動器的燃料壓力；和促動器的溫度。為 了說明一些會影響壓電促動器響應程度和速度的因素(例如發動機參數)，本發 明所述的方法還包括應用一個或多個補償。由此，在本發明所述方法的一個實施例中，還包括應用下述中的至少一個 (i)放電電流補償， 擇在步驟(a)中放電疊堆的放電電流(Idischarge); (ii) 充電電流補償，^^擇在步驟(c)中充電疊堆的充電電流(Icharge); (iii)和 打開放電補償(叩ening discharge compensation),，擇從疊堆上去除的電荷量 以得至贓步驟(b)中的第二差分電壓電平。在步驟(i)，利用放電電流補償，擇合適的放電電流(Idischarge)從而 使得噴射閥以預定的速度打開(ffiil壓電疊堆壓縮和導致的閥針的提升)。這樣， 燃料噴射的開始可通過控制促動器壓電疊堆的壓縮來控制。合適地，放電電流 補償量依靠一個或多個發動機參數來確定，因此，燃料噴射器閥的打開速度是 極大地、基本上或完全^#、於這些參數的。在步驟(11)，禾擁充電電流補償皿擇合適的充電電流(IcHARGE)從而使得噴射閥以預定的速度關閉(ffiil壓電疊堆延伸和導致的閥針的關閉)。這樣， 燃料噴射的結束點可M控制促動器壓電疊堆的延伸速度來控制。合適地，充 電電流補償量依靠一個或多個發動機參數來確定，因此，燃料噴射器閥的關閉 皿是極大地、基本上或完全^#、於這些參數的。在步驟(Ul)，禾擁打開放電補償 擇從壓電疊堆上去除的飽的電荷量，從而使得噴射閥以預定量打開(ffiil壓電疊堆壓縮和導致的閥針的提升)。這樣，
可由控制在已知的時間周期通過噴射閥針及其閥座之間的燃料的體積來控制在 燃料噴射期間噴射到相關發動機氣缸中的燃料量。另外，打開放電補償量依靠 —個或多個發動機參數來確定，因此，燃料噴射器闊的打開速度是極大地、基 本上或完全依賴於這些參數的。
在有利實施例中，該方法包括應用選自上述放電電流補償、充電電流補償和打開放電補償中的兩種補償；和更有利的，該方法包括應用依靠一個或多個發動機參數的全部三種補償。所述一個或多個發動機參數適於從軌道壓力(p)、壓電疊堆溫度(Temp)、和第一差分電壓電平(VG)中選擇。
方便地確定(即測量或估計)所述一個或多個發動機參數(1)在放電周 期開始之前(T3到T0);和/或(2)在放電周期期間(T0到T1);禾口/或(3) 在特定燃料噴射的保壓周期期間(T1到T2)。合適地，放電電流補償和由此放 電電流(Idischarge)在放電周期開始之前確定，因此，放電電流可以在放電周 期開始時施加。方便地，在放電周期開始之前、在放電周期期間、或在特定燃 料噴射的保壓周期期間，確定充電電流補償，因此，其可以在保壓周期結束時 (即，充電階段開始時，T2到T3， T2到T3')被施加以結束燃料噴射活動。 典型的，打開放電補償在放電周期開始之前、或在放電周期期間(T0到T1)確 定；並且在放電周期期間或放電周期的結束時刻被應用來控制處於第二差分電 壓電平的促動器上的充電電平(即，當燃料噴射器打開時)。
有利的，本發明的方 ^&括應用(i)放電電流補償，擇在步驟(a)中 放電疊堆的放電電流(Idischarcb); (ii)充電電流補償 擇在步驟(c)中充 電疊堆的充電電流(Icharge);禾Q (iiO打開放電電流，擇從疊堆上去除的電荷量以得到在步驟(b)中的第二差分電壓電平；其中，放電電流補償、充電電流補償和打開放電補償均被獨立地確定作為軌道壓力(p)、壓電疊堆溫度(Temp)、和第一差分電壓電平(V。)的函數。
在第二方面，本發明提出了一種包括具有壓電元件疊堆的壓電促動器的燃 料噴射器的驅動電路，該驅動裝置包括(A)第一一個或多個元件，在放電周 期(T0到T1)向所述促動器(11)施加放電電流(Idischarge)，使得所腿堆 從其第一差分電壓電平(Vq)放電到其第二差分電壓電平(V》(以便開始燃料 噴射活動)；(B)第二一個或多個元件，在一段時間(Tl到T2，"保壓周期") 保持所述第二差分電壓電平(在這期間，保持噴射)；(C)第三一個或多個元件， 在充電周期(T2到T3; T2到T3')向所述促動器施加充電電流(Icharge)， 使得所述疊堆從第二差分電壓電平充電到第三差分電壓電平(V3)(以便結束噴 射活動)；(D)第四一個或多個元件，在向促動器施加所述充電電流(Icharge) 之前確定至少兩個發動機參數，因此根據所述至少兩個發動機參數，擇疊堆 被充電到的第三差分電壓電平；且其中所述至少兩個發動機參數選自燃料軌 道中的燃料壓力(稱作"軌道壓力"，或"P"); T。n(燃料噴射活動的工作時間); 和壓電疊堆 顯度(Temp)。如本發明第一方面描述的那樣，在本發明的第二方面，疊堆被充電到的第三差分電壓電平適當地被選擇作為至少軌道壓力和Ton的函數。更合適地是，選擇第三差分電壓電平作為至少軌道壓力、T。n和壓電疊堆溫度(Temp)的函數。 在一個實施例中，本發明的驅動電路還包括(E)第五一個或多個元件， 用於應用放電電流補償來選擇用於對所述疊堆放電的所述放電電流(lDISCHAR(iE);禾口/斷揮六一個或多個元件，用於應用充電電流補償^t擇用於對所述疊堆充電的所述充電電流(Ichar成)；和/或(G)第七一個或多個元件，用於應用打開放電補償総擇從所述壓電疊堆去除的電荷量，以引起噴射閥打開到要求範圍；和(H)第八一個或多個元件，用於確定至少兩個發動機參數；且 其中所述至少兩個發動機參數選自軌道壓力(P)、壓電疊堆糹顯度(Temp)和 所述第一差分電壓電平(Vo)。方便地，本發明所述的第一和第二方面的補償是由ECU確定的並且合適 地，ffl31驅動電路來實施。這樣，如本發明有關方法所述的那樣，有利的，驅動電路用，制燃料噴 射器中的壓電促動器來調整燃料噴射器的打開和關閉，並由此，精確地控制在 燃料噴射活動中噴入發動機氣缸的燃料的速度和數量。合適地，所述放電電流 補償、所述充電電流補償和所述打開放電補償均獨立地被確定作為軌道壓力 (P)、壓電疊堆溫度(Temp)和所述第一差分電壓電平(VO的函數。可以理解的是，本發明的第二方面的驅動電路實施例可包括任何另外的執 行/實施本發明第一方面的任何方法步驟的元件或裝置。在本發明的第三方面，提出了一種電腦程式產品，包括至少一種計算機 禾聘軟體部分，當在運行環境執行時，其可操作地實施本發明的任何方法。
第三方面的所述或^s十^m軟體部分。在第五方面，本發明提出了具有本發明第四方面所述的數據存儲介質的微 型計敦幾。在研究本發明詳細內容和所附權利要求後，本發明的這些和其它方面、目 的和益處將變得顯而易見。


藉助實例，現在將參照相關附圖來描述本發明，其中.-圖1是(A)包括壓電噴射器的燃料噴射系統和包括驅動電路的發動機控制單元(ECU)的示意圖，禾口 (B)壓電促動器控審啲燃料噴射器的示意亂圖2是說明圖1所示的驅動電路的電路圖；圖3示出了 (A)由圖2的噴射器驅動電路執行的噴射活動順序的電壓分 布亂禾卩(B)與圖3A中電壓分布圖相對應的理想的驅動電流分布圖； 圖4示出了根據本發明實施例的噴射活動順序的電壓分布圖； 圖5是控制流程圖，示出了根據本發明的實施例，可用來計算壓電燃料噴 射器的驅動電路的頂部軌道電壓以得到目標第三差分電壓電平的步驟； 圖6示出了根據本發明另一個實施例的理想驅動電流分布圖； 圖7是控制流程圖，示出了根據本發明的實施例計算可被應用於'燃料噴射 器的壓電促動器的打開電流補償、關閉電流補償和打開放電補償的步驟。
具體實施方式
參照圖1A和1B，總體上示出了發動機8，例如自動，發動機，該發動 機具有包括第一燃料噴射器12a和第二燃料噴射器12b的噴射器裝置。燃料噴 射器12a和12b中的每一個都具有噴射器閥針13和包括壓電元件的疊堆9的壓 電促動器11。壓電促動器11可操作地控制噴射器閥針13相對於閥針座7的位 置。根據壓電促動器ll的端子兩端的電壓，促使閥針13脫離閥針座7，在這 種情況下，通過一組噴嘴出口3，燃料被送入發動機8的相關燃燒剪氣缸(未 示出)；或者促使針閥與針閥座7相嚙合，在這種情況下，阻止燃料的輸送。例如，燃料噴射器12a、 12b可用在壓燃式內燃機中以向發動機8噴射柴油 Jt料，或它們可用在點燃式內燃機中以向發動機8噴射可燃的汽油。燃料噴射器12a、 12b形成發動機8的燃料噴射器的第一噴射器組10並且 由驅動電路20a控制。實際上，發動機8可以設置有兩個或更多個噴射器組(10)，每一個包括一個或多個燃料噴射器並且每一個噴射器組具有各自的驅動電路 20a。由此，儘管在圖1A中，圖示發動機具有兩個燃料噴射器12a、 12b，但是可以理解的是，在發動機中可以設置任何數量的合適的燃料噴射器。例如，發 動機可以包括一個或多個燃料噴射器，例如，1、 2、 3、 4、 5、 6、 10、 12、 16 或更多的燃料噴射器。如果可能，為清楚起見，以下的說明僅涉及其中一^h燃 料噴射器組。在本發明以下所述的實施例中，燃料噴射器12a、 12b是負電荷位 移，。燃料噴射器12a、 12b因此在放電階段期間打開以向發動機氣缸噴射燃 料，而在充電階段期間關閉以結束燃料噴射。發動機8由發動機控制單元(ECU) 14來控制，驅動電路20a形成其集成 部分。另外，ECU14可有利地包括微處理器和存儲器(未示出)，設置它們艇 行各種程序以控制發動機8的工作，包括對燃料噴射器體的控制，例如，利 用示出的燃料噴射鵬制單元21 (ICU)。 ECU14可以連續監測多個發動機參數 23 (例如發動inJI度和負荷)，而後反饋發動機動力需求信號到ICU21。 ICU21 計算所需的噴射活動順序以提供發動機所需的動九並因此控制ECU14的噴射 器驅動電路20a。而驅動電路20a又弓l起電流施加到噴射器或從噴射器去除以得 到需要的噴射活動順序。ECU14與發動機電池(未示出)相連，該電池具有大約12V的電池電壓VBAr。 ECU14由電池電壓VBAr產生發動機8的其它部件所需要的電壓。WO2005/028836中描述了 ECU14操作的其它細節以及其在操作發動機8 方面，尤難噴射器體的噴射循環方面的功能。可在ECU14的微處理器(未 示出)和驅動電路20a之間傳送信號，並且包括在從驅動電路20a接收的信號 中的數據可以被記錄在ECU14的存儲器(未示出)中。為了控制燃料噴射活動的順序，驅動電路20a可考慮在三個主要階段進行 操作放電階段、充電階段和再生階段。在放電階段期間，操作驅動電路20a， 以對一個或多個燃料噴射器12a、 12b進行放電，以從閥座7上提升噴射器閥針 13，從而噴射燃料。典型的，噴射活動包括緊接在放電階段之後的保壓周期(dwdl period),在此期間，基本上全部電流都不到或從壓電促動器流動。由此，在保
壓周期期間，促動器保持在其放電和收縮狀態，並且燃料連續地噴射到相關的 發動機氣缸。燃料噴射階段被充電階段終止。在充電階段期間，操作驅動電路20a來向先前的已放電的燃料噴射器12a、 12b充電，以關閉噴射器閥並因此中 斷^t料噴射。在再生階段期間，電荷形式的能量可被補充到第一存儲電容器C1 和第二存儲電容器C2 (在圖l中未示出)，以在隨後的噴射循環中使用，因此， 可不需要專用的電源。以下參照圖2所示的合適的驅動電路^t這些操作階段 的每一個進fi^細描述。參照圖2，驅動電路20a包括第一高壓軌道VHi和第二低壓軌道VLC)。第一 高壓軌道VH處於比第二低壓軌道Vlo高的電壓。驅動電路20a也包括具有中間 電流路徑32的半-H-橋電路，其用作雙向電流路徑。所述中間電流路徑32 具有與燃料噴射器12a、 12b的噴射器組10串聯耦合的感應器33。燃料噴射器 12a、 12b和與它們相關的開關電路彼此並聯連接。燃料噴射器12a、 12b中每一個具有電容器的電特性，且其壓電促動器11 是可充電的以保持電壓，該電壓是壓電促動器ll的低側(-)端子和高側(+) 端子之間的電勢差。驅動電路20a還包括第一存儲電容器Cl和第二存儲電容器C2。存儲電容 器C1和C2的每一個都具有正的和負的端子。另外，存儲電容器C1和C2的每 一個還有高側和低側；高側是電容器的正端子而低側器是電容的負端子。第一 存儲電容器C1連接在高壓軌道VHi和低壓軌道VLX)之間。第二存儲電容器C2 連接在低壓軌道Vm和地電勢軌道Vgnd之間。另外，由於驅動電路20a具有由ECM14提供的電壓源Vs，或電源22，因 此，驅動電路20a沒有專門的電源。電壓源Vs連接在低壓軌道V:x)和地電勢 V(3nd之間，並且被設置成向第二存儲電容器C2提供能量。在再生階段期間， ffl51電荷再生將能量提供給第一存儲電容器Cl 。典型的，電壓源Vs在50到60V 之間，例如55V。在驅動電路20a中，有充電開關Q1和放電開關Q2，用來分別地控制第一 和第二燃料噴射器12a和12b的充電和放電操作。充電和放電開關Ql和Q2是 可例如通過ECU14的微處理器(未示出)來操作。當被閉合時，充電和放電開 關Ql和Q2中的每一個允許單向電流流過相應的其中一個開關，當被打開時， 充電和放電開關Q1和Q2中的每一個阻止電流流動。充電幵關Q1具有連接在 其兩端的第一再循環二極體(recirculation diode) RD1。同樣的，放電開關Q2 具有連接在其兩端的第二再循環二極體RD2。在驅動電路20a的操作的能量再 循環階段期間，這些再循環二極體RD1、 RD2許可再循環電流分別返回電荷至 第一存儲電容器C1和第二存儲電容器C2，其中能量是從燃料噴射器12a、 12b 中的至少一7卜咴復的。第一Jt料噴射器12a與相關的第一選擇器開關SQ1串聯連接，第二燃料噴 射器12b與相關的第二選擇器開關SQ2串聯連接。此外，每一個選擇器開關SQ1 和SQ2可由微處理徵未示出)來操作。第一二極體D1與第一個選擇器開關SQ1 並聯連接，第二二極體D2與第二選擇器開關SQ2並聯連接。作為例子，當激活相繊#^開關SQ1並操作放電開關Q2時，放電電流(IDKCHARGE)被容許在放電方向上流動經,定的燃料噴射器12a。當在電路操作的充電階段期間，第一、 和第二二極體D1、 D2均允許充電電流(IcHAReE)在充電方向上分別^M第一和第 二燃料噴射器12a、 12b流動。再生開關電路與噴射器12a、 12b並fi^也被包括在該驅動電路20a中以執行 再生階段。該再生開關電路用來連接第二存儲電容器C2至感應器33。該再生 開關電路包括再生開關RSQ，其由微處理敬未示出)操作。第一再生開關二極 管RSD1與再生開關RSQ並聯，且第二再生開關二極體RSD2與第一再生開關 二極體RSD1和再生開關RSQ串聯耦合。第二再生開關二極體RSD2用作保護 二極體，因為第一和第二再生開關二極體RSD1、 RSD2彼此相對，使得電流不 會流過該再生開關電路，除非再生開關RSQ閉合併且電流從第二電壓軌道 流動。因此，在充電階段期間，電流不會經過該再生開關電路。中間電流路徑32包括電流感應和控制裝置34，該裝置可與微處理教未示 出)通信。設置該電流感應和控制裝置34來感應中間電流路徑32中的電流並將 所感應的電流與預先確定的電流閾值相比較。當所感應的電流基本上等於預先 確定的電流閾值時，該電流感應和控制裝置34產生輸出信號。還設置電壓感應裝置(未示出)來感腿定用於噴射的燃料噴射器12a， 12b 兩端的感應的電壓Vsense。電壓感應裝置用來感應第一和第二存儲電容器Cl、 C2兩端的電壓Vd、 Vc2和電源22。當感應的在第一和第二存儲電容器C1， C2兩端的電壓電平Vd、 VC2基本等於預先確定的電壓電平時，再生階段終止。驅動電路20a也包括控制邏輯30，其用來接收電流感應和控制器裝置34 的輸出、來自燃料噴射器12a和12b的促動器11的正端刊+)的感應電壓VSENSE， 和從任何微處理戮未示出)及其相應存儲徵也未示出)的各種輸出信號。控制邏輯30包括可由微處理器執行的軟體以處理各種輸入，從而產生用於^充電和 放電開關Q1、 Q2、第一和第二選擇器升關SQ1、 SQ2及再生開關RSQ的控制 信號。ilil控制噴射器選擇開關SQ1 、 SQ2 ，充電開關Q1和放電開關Q2，可 以在所需的時間周期內驅動變化的電流經過噴射器12a、 12b，以致於選定的噴 射器的促動器被充電或放電，並由此控制燃料傳輸。可以理解的是，雖然噴射 器驅動電路20a在圖1A中被示為形成ECU 14的集成部分，但這不是必須的， 並且噴射器驅動電路20a可以是與ECU14分離的單元。通常，在具有單一的、來自第一噴射器12a的燃料主噴射的燃料噴射活動 順序期間，相關的驅動電路20a可以按以下的方式操作。驅動電路20a傳遞驅動脈衝C或電壓波形)至燃料噴射器12a(或12b，根據需 勢的壓電促動器ll。驅動脈衝在充電電壓VO(，一差分電壓電平)，和放電電 壓VI C，二差分電壓電平)之間改變促動器11的壓電疊堆9上的差分電壓。在非噴射狀態時，第一噴射器選擇開關SQ1打開並且充電和放電選擇開關 Ql， Q2也都打開。在這個運行階段期間，促動器ll端子兩端的差分電壓處於 第一差分電壓電節或Vo)，該電壓可以是大約200V。然而，根據本發明，在壓 電促動器ll運行期間，期望的是只要有可能，就使得V。儘可能的低。因此， 不限於如圖1和圖2所述的具體的設備，在一個實施例中本發明的方法的目的 就是調整V。到最低的合適電壓電平(即，第三差分電壓電平V3)並在促動器ii的ma狀態下保持儘可能長的時間。例如，第三差分電壓電平V。有利地小於200V,例如，在200和150V之間或在200和100V之間。有利的，Vo小於180V (例如在180和150V之間或在180禾口100V之間)，或更有利地小於160V，例 如大約是150V。有益的是，第三差分電壓電平在壓電促動器的運行期間的至少 20%、至少40%或至少50%被保持。在一些有利的實施例中，第三差分電壓電 平在壓電促動器的運行期間的至少75%或至少90%被保持。為了讓第一噴射器12輸送燃料，激活(即，閉合)第一噴射器選擇開關 SQ1並激活(即，閉合)噴射器放電選擇開關Q2。逸就使得電荷經過感應器34和 放電選擇開關Q2流出噴射器12a，從而到達地電勢軌道GND。噴射器驅動電 路20a，由存儲在ECU14存儲器中的查找表來確定，例如需要的放電周期或時
間，這樣放電電流b]SCHARGE就從促動器ll傳送至地GND。這可被稱為放電階段(T0到T1)。 一旦過了放電時間，噴射器放電開關SQ1就變為無效(即，打開) 從而終止電荷轉移。作為電荷轉移的結果，噴射器12a上的差分電壓減少至相 對低的第二差分電壓電節VO。典型地，V,的值可從存儲在ECU 14的存儲戮或 相似的數據操作裝置)中的查找表 擇，根據已知的激勵差分電壓(Vo)，使得 從Vq到V,的電壓降足夠引起在促動器ll的壓電疊堆9的需求響應(即已知的 壓縮長度)，從而開始該期望的燃料噴射活動。此外，在不局限於圖1和圖2所 示的具體裝置的情況下，在一個實施例中本發明的方法的目的在於，當在促動 器上實現了所需的電壓降時，為了獲得期望的壓電疊堆的壓縮，並由此得到期 望的燃料噴射量，就要讓V。保持在最低的合適的電壓電平，而不管可能的對 Vj電平的後續影響。典型地，第二差分電壓電節或^ )在-50和+50V之間， 例如在-50V到OV的範圍內、或合適地在-30到OV的範圍內。在一些實施例 中，然而，V,基本上保持在0至(j+50V的範圍內是有益的(這樣，在j頓時，大 多數放電階段沒有引起w斷氐到OV以下，或至少不會低於大約-IOV)。因此， 設想本發明的方法還保持V。處於最小的合適的電平，這將允許Vi基本上保持 在大約OV和OV以上；例如，在0到50V的範圍內。在這個實施例中，在使用 時V。可以比，實施例中的高，尤其在主噴射活動期間，其中，在Jd述實施例 中，V,可頻繁降低到OV以下。促動器上的差分電壓正常地將保持，或"停留(dwell)"在第二差分電壓 電平達相對短暫的周期，在此期間，噴射器噴射燃料。所述保壓周期可根據發 動機燃料需要例如由存儲在ECU 14的存儲器中的查找表基於一個或多個發動 機參數，例如發動豐腿度和負荷，來方便i雌擇。為了終止噴射活動，激活噴射器充電開關Ql，從而使得電荷從髙壓軌道 VH經過電荷選擇開關Ql並流入噴射器12a，因此，重新建立在噴射器12a的 端子兩端的例如大約+200V的差分電壓。這被稱為充電階段(T2到T3)。根據 本發明， 一旦噴射活動已經終止，促動器ll兩端的新電壓就是本文中別處所述 的第三差分電壓電平V3或V3,。在充電階段期間，噴射器充電開關Q1被激活 的時間和頻率可基於促動器11的先前放電階段的放電時間和選定的激勵狀態或 第三差分電壓電平。如已經討論的那樣，有利的，放電之後的促動器的充電差分電壓電平(或
V3)低於在放電之前的充電差分電壓電平(或VQ)。然而，可以理解的是，在一些情況下，第三差分電壓電平可高於第一差分電壓電平，例如，當ECU 14已經確定隨後的燃料噴射比前面的噴射要求更大的促動器上的電壓降時，例如，響應於發動機需求的增加。因此，在ECU14已^Jt定了例如170V的第三差分 電壓電平且之前的充電電平是150V的情況下，那麼第三差分電壓電平將比第一 差分電壓電平高。當然，有時，例如，在需要比較固定的燃料期間，第三差分 電壓電平可以大約等於第一差分電壓電平。最後，可存在再生階段以再生存儲電容器Cl兩端的電荷。在再生階段期 間，激舌再生開關RSQ和放電開關Q2，直到第一存儲電容器C1上的能量達 到預定的電平。WO2005/028836A1中詳細描述了在充電和放電階段以及再生階段的驅動 電路20a的各種操作模式，在此併入其作為參考。有利的，在放電階段期間(T0到T1)，為了選定的燃料噴射器12aM^到 合適的放電電節VO以開始噴射活動，在ECU14的微處理器(未示出)，信 號的控制下，放電開關Q2自動打開和閉合，直到合適的電荷量從壓電促動器去 除。而後，在噴射需要的預定時間(保壓期間)之後，通過閉合充電開關Ql 來關閉燃料噴射器12a。典型地，在隨後的充電階段(T2到T3; T2到T3') 期間，充電開關Ql頻繁地打開和閉合，直到在壓電促動器上增加合適的電荷 量以得到新的激勵或充電差分電壓(V3)。因此，充電和放電電流要適當地控制 在期望的水平。對以的，在再生階段期間，放電開關Q2周期性地打開和閉合， 直到第一存儲電容器C1兩端的電荷達到預定的水平，以建立高壓軌道的期望的 電壓V扭。圖3A表示典型的噴射活動的電壓輪廓，該噴射活動包括如上所述的jt料 單次噴射，圖3B表示對應於圖3A的電壓輪廓的驅動電流輪廓。在T0時刻， ffiil驅動經過噴射器的在RMS電流電平的振幅調製放電電流 lDISCHARGE 達時間 周期T0到T1開始放電階段。在放電階段結束時，即在T1時刻，放電電流關 斷，並且噴射器保持在保壓階隨到T2時亥lj。在T1時刻和T2時亥lJ之間，噴 射器噴射燃料。在T2時刻，促動器11上的差分電壓可稱作V2。典型的，V2 與W相等，並且出於描述的目的，假設V2與W相等。然而，在一些實施例中， 差分電壓電平V2可能與Vj肖微不同這些實施例也包括在這裡描述的本發明
的範圍內。在這種情況下，步驟(a)的第二差分電壓電平被認為是V"並且步驟(C)的第二差分電壓電平被認為是V2。在步驟(b)中，"第二差分電壓的保持"典型的被理解為"基本上保持第二差分電壓"。在T2時刻，處於RMS電流電平的振幅調製充電電流1CHARGE，被提供給充電階段的噴射器，直到關斷充電 電流ICHARGE並且噴射器返回至U位於差分電壓電平V3(或Vo)的非噴射狀態的T3 時刻。可以理解的是，因為噴射器要在其非噴射狀態度過其l頓壽命的大部分， 在其使用壽命的大多數時間裡，促動器端子處於高的差分電壓(Vo; V3; V3.)。如前面討論的那樣，這粉員害噴射器性能的測量，例如，耐久性。可以理解的是，Mil圖l和2中的驅動電路來實現本發明的方法可以提高 壓電燃料噴射器的使用壽命，在特定環境中，即在充電階段(T2到T3')結束 時的非噴射狀態，促動器端子兩端的差分電壓不必總是返回到與其開始時同樣 高的差分電壓電平(Vo)。下面詳細描述有關圖4所示的本發明的有利方法的一 種執行模式。如圖4所示，最初在TO時刻，噴射器處於非噴射狀態，促動器的差分電壓 (第一差分電壓電平，V0)可以大約為+200V。這時，可確定選自下述的至少兩 個發動機參數(0公共軌道內的燃料壓力(軌道壓力)；(ii)隨後的燃料噴射活動的預定的保壓周期(T。n) ; (1U)壓電疊堆tUS。例如，燃料的壓力可以方便iH31提供給ECU14的軌道壓力傳，信號來確定。Ton可根據存儲在ECU14 中的查找表(或類似物) 擇並且基於一個或多個發動機參數的發動機燃料 需求來確定，例如，平均的或更合適地說是瞬態的發動機速度或負荷。壓電疊 堆^^可以M共同未決的申請EP1811164中詳細描述的方法來計算或估計， 以下將簡單地描述該申請。為了在TO時刻和Tl時刻(如上所述)之間開始燃料噴射，放電電流lDISCHAReE從促動器流動以便從促動器上去除所需的電荷量("打開放電")，由此，降低促動器上的差分電壓到燃料噴射所要求的相對低的電壓電平，該電壓大約 為-30V。對於較小的針閥的提升而言，該差分電壓也可降低到-50V，或者可 以降低到0至iJ+50V之間，例如大約0V。在一些實施例中，可基於一個或多個 發動機參數(如以下所述)皿擇放電電流Idbcharge。例如，Idischarge可以由 軌道壓力(P)，壓電疊堆糹鵬和/麟一差分電壓電平中的一個或多個來確定。
在一個實施例中，如下所述，Idischarge被確定作為軌道壓力、壓電疊堆^U^和 第一差分電壓電平的函數。在放電階段結束時，即在Tl時刻，放電電流 1discharge 被去除，並且促動器保持在保壓階腿到T2時刻。在T1和T2時亥lJ之間，噴射器噴射燃料。在 TO和T2之間的時間被稱為燃料噴射活動的工作時間或T。n。有益地，在TO到T2期間或在]J:k^前(例如，在放電階段或保壓階段期間)， ECU14可被編程來確定促動器應當被再充電至眵少差分電壓電平(第三差分電 壓電平)來結束噴射活動。該第三差分電壓電平(V3)方便地利用一個或多個 查找表、比例函數、方程或類似物，根據上述的兩個或更多個發動機參數來確 定，這些發動機參數包括軌道壓力，Ton和壓電疊堆溫度。有利的，根據軌道壓力，T。n和壓電疊堆溫度這三項的結合^a行該確定。例如，如果在噴射活動開始時測量的軌道壓力低於預定的值(例如，500巴(bar))，那麼在充電階段 (T2到T3; T2到T3')結束時，ECU14可決定無需重新,初始的相對高的 促動器ll的差分電壓。然而，這樣的決定也4繊於即將來臨的、隨後的燃料噴 射活動的預定的T。n值和/或壓電疊堆、皿。同樣的，如果即將來臨的噴射活動的Ton小於(或近似等於)先前噴射活動的T。n，或者可替換地，即將來臨的噴射活動的T。n低於預定的值(例如500^ )， ECU14可確定促動器11可適當地被再 充電至l傑三差分電壓電平，該電刑氏於先前的;繊差分電壓電平(Vo)。類似地， 如果ECU14確定壓電疊堆^j^高於預定值(或可替換的，壓電疊堆鵬在連續 測量之間的周期內增加)，那麼ECU14可確定促動器11應該被再充電到比之前 的第一差分電壓更低的第三差分電壓電平。因此，在一個實施例中，為了讓 ECU14確定第三差分電壓電平是否應該高於、等於、或低於第一差分電壓電平， 軌道壓力、T。n和壓電疊堆Mit的每個觀懂或估計值與那些參數的預定值進行比 較。因此，分別地，(a)典型地，比預定值更低的軌道壓力會產生來自ECU14 的信號以降低促動器11的激勵差分電壓電平；(b)典型地，比預定值更短的 T。n會產生來自ECU14的信號以降低促動器11的激勵差分電壓電平；(c)典型 地，比預定值更高的壓電疊堆、鵬會產生來自ECU14的信號以降低促動器11 的激勵差分電壓電平。在更有利的實施例中，其中依靠全部三個參數來確定第三差分電壓電平，^H個參數是:軌道壓力，Ton和壓電疊堆溫度;第三差分電壓電平可通過ECU14
在這三個參數值的均衡下來確定。在一些實施例中，考慮到測量或估計的發動 機參數的組合，也可以測量其它發動機參數並與其預定參數值相比較來設置最 終確定的促動器11上所需的第三差分電壓電平。在這些方法中，燃料噴射器的壓電促動器上的激勵差分電壓可通過合適的 充電時間的調整以步進變化的方式來改變，或方便的在連續燃料噴射活動過程 允許斷氐高壓軌道(Vhi)的電壓。每一步的變化量1^#、於，在考慮各種參數平 衡的情況下，確定的參數與預定值的差值；或者，在降低第三差分電壓的被動 機制中，隨著每次燃料噴射活動，頂部軌道電壓(Vhi)可減沙的量。因此，在 一些實施例中，目標第三差分電壓電平可通過許多連續燃料噴射活動(例如，在被動機制中，就如圖4中描述的通過T3'時刻之後的噴射活動)來獲得；或 者第三差分電壓電平可以依賴於一般的發動機參數，在一些連續燃料噴射活動 中可選擇地斷氐。在這樣的實施例中，在考劇氐壓軌道(Vw)的電壓盼瞎況下，對應於測量 或估計的發動機參數，ECU14可方便地控制高壓軌道(VH)的電壓。這樣，通 過將促動器重新充電至搞壓軌道的電壓的方式，來改變噴射器壓電促動器上的 激勵差分電壓。合適地計算高壓軌道的電壓(依賴於上面討論的發動機參數) 以等於促動器上所要求的第三差分電壓電平(V3)和低壓(或底部)軌道(VLO) 的電壓之和。也就是說，促動器上的激勵差分電壓是其相應的端子的電壓之間 的差。因此，正如以上對有關第三差分電壓電平的討論，高壓軌道的電壓(Vhi) 可根據相關發動機參數(例如，軌道壓九L和壓電疊堆^H)是否高於或低 於預定值，方便ifeffi過步進式方式來調節，或者更有利的，在線性方法中，依 賴於每個有關參數的絕對值，方便地調整高壓軌道的電壓(VH)。在這些實施 例中，ECU14可以執行監控兩個或更多個發動機參數的任務，並且如下簡述的那樣設定高壓軌道的值。關於這方面，劍門的共同未決的歐洲專利申請EP1860306中描述了一種方 法，在該方法中，通過利用再生開關電路(如圖2)形成的部分驅動電路20a 來控制高壓軌道(VM)的電壓。結合圖2所示，驅動電路20a有利地包括再生 開關電路，該電路包括再生開關RSQ，在噴射結束後發生的再生階段期間，通 過ECU14可操作地改變返回至悌一存儲電容器C1上的電荷。在第一存儲電容 器C1上的電荷確定了高壓軌道的電平vhi。因此，根據本發明的調整高壓軌道 的電平VHi的一種方式是調整時間，在該時間，操作再生開關RSQ以對存儲電容器C1再次充電，並因此來設置高壓軌道的電壓VHI。在有利的實施例中，再生開關RSQ在燃料噴射活動後未被激活，從而阻止頂部軌道的再生，並且因此 允許頂部軌道的電壓按步進方式降低。ECU14控制再生開關RSQ的操作，並且 由此控制考慮了兩個或更多個發動機參數的頂部軌道電壓，這些參數從燃料軌 道中的燃料壓力(軌道壓力)、電脈衝時間(I )和壓電疊堆溫度中皿擇。更合適地，該方法根據至少軌道壓力、T。n和壓電疊堆溫度，擇頂部軌道電壓(並因此，間接地選擇第三差分電壓電平)。頂部軌道電壓可以步進方式來控制，艮p，作為^相關發動機參數與預定值相比較的結果，或更有利的，高壓軌道(Vhi)的電壓可與齡須糧的發動機參數成比例地統性變化。除了以上斷氐頂部軌道電壓的被動機制，相應地，第三差分電壓、驅動電路20a或替換電路也可用來主動地降低頂部軌道的電壓。在上述機制中，典型地，壓電促動器n被再充電到頂部軌道電平。然而，在本發明的替換實施例中，除了ECU14確定(例如，從查找表或 圖)頂部 軌道所需的適當的電壓以得到促動器11上的第三差分電壓並相應地調整該頂部 軌道電壓外；ECU14可替代地(或附加的)來確定增加所需的電荷量到壓電促 動器ll所需的再充電時間，從而得到選定的第三差分電壓電平。這被認為是降 低第三差分電壓電平的主動方式。可以確定的是，促動器可以再充電到比第一 差分電壓電平更低的差分電壓電平，在縮短的時間周期裡(T2到T3')，向促 動器提供充電電流(IcHAmE)，在充電階段結束時(即在噴射結束的T3')，促 動器上的差分電壓比充電階段剛開始(即，T0)之前的差分電壓低。這個系統 表示了一種開環充電控制策略，其中，為了得到預定的差分電壓，可在選定的 充電時間內施加充電電流。在開環系統中，由於沒有在電壓上控制充電電流， 所以如果需要，在充電階段結束時，可將其它電流脈衝施加到促動器上以修正 第三差分電壓電平。在充電時間T2到T3'之外，正如T0時亥樹有關合適的放 電電流的選擇的描述，ECU14也可根據一個或多個發動機參數，擇充電電流ClcHARGE》相比較而言，如果在燃料噴射活動之前，確定了有關發動機參數已經改變， 例如，軌道壓力已經增加到預定的閾值之上，那麼促動器就需要更高的差分電壓電平。這樣，在ECU14的控制下，在增加的時間周期(例如，圖3A中T2 到T3)內促動器上施加充電電流(ICHARGE)，以便在充電階段結束時，在促動器 11上設置更高的電壓(例如第一差分電壓電平VQ)。可以理解的是，在一些條 件下，促動器能再次充電至吡第一差分電壓電平Vo更高的差分電壓電平。本發 明所述的方法尤其適合用在多個燃料噴射活動(在典型的情況下)，因為在先前 燃料噴射活動期間，第一差分電壓電平可能已經明顯地下降。正如上述的被動機制，壓電促動器的充電時間(T2到T3; T2到T3')可基於對測量的和預定的發動機參數值的比較tt擇，進而按照步進方式調整第三差分電壓；或者，所述充電時間可作為兩個或更多發動機參數方程的線性方 式皿擇，這些參數包括軌道壓力，T。n和壓電疊堆溫度。在線性方法中，ECU14 將計算從一個噴射活動到下一個中的每個測量的(或估計的)發動機參數值的 相對變化。因此，如果第二次噴射的軌道壓力相比之 所下降(為簡化起見， 假設其它的發動機參數沒有變化)，那麼就要控制噴射器以便在充電階段結束時，噴射器的差分電壓按照軌道壓力減小的比例來降低例如，M適當地調整充電時間(T2到T3; T2到T3')。如前所述，ECU14可從存儲在其存儲器 中的數據中，通過首先確定與測量或估計的一個或多個發動機參數相關的噴射 器需要的差分電壓(例如，通過查找表或數據圖)，選擇適當縮短的充電時間。 然後，ECU14 (通過查找表或數據圖)確定可以得到期望的差分電壓電平的合 適的充電時間。有利的，尤其在調整第三差分電壓電平的主動機制中，利用線性方式， 擇第三差分電壓電平，因為壓電促動器的激勵差分電壓電平的任何變化在線性 方式下都可容易地控制。有利的，ECU14可以執行監控軌道壓力和其它發動機參數並皿擇噴射器 差分電壓電平的任務，因此，或者頂部軌道電壓，或者充電時間，或者它們兩 者都要依靠發動機參數。例如，在非噴射狀態下(T3到T0)，燃料噴射器的壓 電促動器11所需的差分電壓電平，和開始噴射所需燃料的所需差分電壓斷Vo 到VO，甚至會明顯地受到以下方式中軌道壓力變化的影響。典型的，在整個軌 道壓力下，當噴射器在其非噴射狀態時，促動器ll的端子會施加+200V的差分 電壓，而主噴射開始時，差分電壓可能會降低至,如-30V(即，230V的差分電 壓降)。然而，在劇氐的軌道壓力下，主噴射可在噴射器的非噴射狀態下在促動 器端子兩端的差分電壓是大約+180V或更小時實現，並且在具有大約僅僅180
到200V的差分電壓降時開始燃料噴射活動。除了依靠發動機參數的作用外，還 能依靠優化的差分電壓電平，例如，噴射器設計和壓電促動器的特性。因此，本發明的益處在於，伴隨促動器端子兩端的最高差分電壓(例如，200V和以上)，壓電促動器經過縮短的時間周期，並由此，減小了促動皿運行期間承受的應力。作為其使用過程中的主要一部分時間(並且，由此，在其 已知的操作模式下，其處於最高差分電壓電平)，由於非噴射狀態的燃料噴射器 不通電，通過斷氐在非噴射狀態下促動器的差分電壓，可有效地提高促動器預、、另外，'可以理解的是，當發動機具有低的燃料需求時，例如在其處於怠速期間，僅僅需要少量的噴射燃料來保持發動機低ilii行。為了噴射少量的^$4， 燃料噴射器不必打開大的範圍，並且，因此，其僅需要從壓電促動器上去除少 量的電荷。甚至當其上最初地具有相對少量的電荷，例如當促動器上的差分電 壓相對較低(例如100V)時，就可從壓電促動器上去除少量的電荷。因此，如 果軌道壓力相對較低，就僅需對艮小的閥針提升來燃料噴射，這樣壓電促動器 上的絕對電荷對於噴射操作就不是關鍵的。在這些條件下，不損害噴射器的性 能，壓電促動器就能夠容易地被再充電到低的激勵差分電壓並且用基本上由相 對較低的打開放電來放電。在一個實施例中，ECU14以統性方式依靠至少軌道壓力和T。n來確定促動 器的第三差分電壓電平。例如，ECU14禾U用與軌道壓力和L相關的預定， 圖 擇合適的第三差分電壓電平，從而在燃料噴射結束時對促動器再充電。 可替換地，查找表、方程或比例函數可存儲在ECU14中，並且用來確定適當的 高壓軌道(Vhi)的期望的電平，其具有相對應的低壓軌道電壓(Vm)。有利的， 也測量(或估計)壓電疊堆溫度並且與該值相對應地確定第三差分壓電平。在 一個實施例中，軌道壓力和T。n的數據圖用來得到第三差分電壓電平的第一個 值。在另一個實施例中，在確定差分電壓電平的第一個值之後，利用基於壓電 疊堆溫度的比例函數應用於第一個值從而得到對應於期望的第三差分電壓電平 或期望的高壓軌道電壓的第二個值。可以理解的是，第三差分電壓電平根據基 於軌道壓力、T^和壓電疊堆溫度(或任何其他相關的發動機參數)的三個單獨 比例函數 擇；或者利用關於重要的三個發動機參數相關的數據圖或査找表 的任何組合総擇。
前面描述的方法利用開環充電控制策略來獲得第三差分電壓。在另一個實 施例中，也可利用閉環充電控制策略，通過該策略，可重複測量整個充電階段(T2到T3， T2到T3')在促動器上的電荷，例如，ffiil監控促動器上的電壓 來確定充電電平(即，使用Q^Cxr，這裡0 =電荷，C二電容，「=電壓)。在 這樣的實施例中，充電電流施加於促動器直到獲得期望電荷(相對於選定的第 三差分電壓電平)。在其它的變型中，可以採用閉環電壓控制策略，ffiil該策略，在整個充電 階段期間測量電壓，當確定在促動器上得到了所選的第三差分電壓電平時，結 束充電電流。控制流程圖說明了計算壓電促動器的第三差分電壓電平(V3)、或計算驅動 電路所需的頂部軌道電壓(VHI)的步驟，從而得出圖5所示的需要的第三差分 電壓電平。在這個實施例中，ECU用來確定目標頂部軌道電壓300 (VH)，該 電壓是形成燃料噴射器中壓電促動器上目標第三差分電壓電平所需的。然而， 如上所述，在另一個實施例中，第三差分電壓可以被控制在電壓300的下遊， 例如，通皿擇充電時間以便促動器ll未被完全充電到頂部軌道電壓。控制流程表包括兩個相互作用的子模型，第一子模型100，該模型產生與 軌道壓力(P)和Tm相關的三維數據圖llO，和第二子模型200，該模型產生允 許根據壓電疊堆溫度(Temp)來調整頂部軌道電壓的比例因子210。由於從第 二子模型200得到的壓電疊堆溫度，目標頂部軌道電壓(VH) 300是數據圖110 和比例因子調整的輸出的乘積。在第一子模型100中，通過沿著x軸軌道壓力值lll(例如，從O到2000bar) 的比例和沿y軸的Ton值112 (例如，從0到2000ms)的比例來定義數據圖110。 為了定義目標頂部軌道電壓Vhi (在具體的燃料噴射活動中，其用以對壓電促動 器充電以達到第三差分電壓電平V3)，針對下一 個燃料噴射活動測量的軌道壓力 (P) 111a和計算的Tonll2a被反饋到數據圖110中，並且z軸依賴於這兩個值設置了目標頂部軌道壓力vhi。方便地，ffiil任何可以使用的合適的手段，利用布置的壓力傳感器來測量 在發動機公共軌道中的燃料壓力，從而確定軌道壓力llla。例如，i!51已知的 ECU14的方式基於發動機需求(例如，根據發動mil度和負荷)來計算下一個 燃料噴射的T。"g卩，燃料噴射活動的燃料噴射階段的長度)。
M51第一子模型得到的目標頂部軌道電壓的值可基於默認的壓電疊堆溫度 (TempDEFAULT)。該值等於，或大約等於，使用中的促動器ll的壓電疊堆的靜態 〖 。在一些實施例中(壓電促動器的第三差分電壓電平僅根據軌道壓力和T。n ^i^擇，因此，假設促動器11處在默認的壓電疊堆、離)，可將子模型110的 輸出(g卩，Z軸的讀數)當作目標頂部軌道電壓VH。第二子模型200的有利的功能是，當壓電促動器在高差分電壓電平的不良高溫下作業時，限制其時間的長度。也就是說，在更高溫度時，壓電促動器可 能處於應力增大的狀態，通過降低壓電疊堆上的激勵差分電壓，就可以延長壓電促動器的壽命。在第二子模式200下，可利用任何適當的方式來得到壓電疊堆溫度(Temp) 211的估計值(或測量值)。例如，壓電疊堆糹鵬可以艦施加的 驢傳/i^直 接測量。可替換的，壓電疊堆溫度可M:計算來估計，例如，利用本申請人的 已授權的歐洲專利EP1811164中所述的方法，其所有內容合併於此並落在本發 明的範圍之內。EP1811164中所述的方法可用來確定疊堆的靜態溫度(即，當在規定的狀 況下，發動機參數己經平衡)，和疊堆的動態溫度(即，當發動機運行參數不恆 定時)。壓電疊堆的靜態溫度的估計值可用來估計壓電疊堆的動態M^。可選地， 該方法包括直接地估計壓電疊堆的動態 顯度，而不是首先計算其靜態 顯度。確定了壓電疊堆溫度(Temp)後，該確定的值將與對壓電促動器的壽命和 /或耐用性有影響的 鵬的預定數據進行比較。觀懂的或估計的壓電疊堆的溫 度211受增益因子210的影響，該增益因子反映出了溫度對例如促動器壽命或 者促動器的相關應力的影響。將比例補償(scale offset) 212加到測量或估計的 溫度212和增益因子210的乘積上以產生數值因子，M該數值因子，從 圖110中得到的壓電疊堆的已確定的激勵差分電壓電平可依賴疊堆溫度來調整。 (i)比例補償212與(ii)壓電疊堆溫度211和增益210的乘積之和輸出壓電疊 堆溫度和目標差分電壓電平之間的線性關係。然而，這個值適合利用飽和函數 213來調節，從而說明在、鵬211和對壓電促動器應力或壽命的相反作用之間的 非線性部分，並且來保證得到任何的目標頂部軌道電壓的結果是在可接受的限 度內的。例如，子模型200 (即，比例因子或增益200與比例補償212的總和) 可以被校準到1 (藉助於飽和函數213)，這樣當壓電疊堆在其可接受的(或期
望的)工作 驢範圍內時(例如，在IO(TC的 驢或更低，例如在l(TC到100 。C之間)，從數據圖110得到的目標頂部軌道電壓就不會引起進一步變化。相反 的，當確定的壓電疊堆^it高於期望的水平(例如，高於10(TC)時，比例因子 或增益210和比例補償212的總和可會戰尤小於1，這樣就會斷氐目標頂部軌道電 壓(和第三差分電壓電平)，直到達到飽和函數213的下限，在該點處，再不會 允許目標頂部軌道電壓300降低，從而防止對發動機運糹於的不利影響。在一些實施例中，頂部軌道電壓Vhi可根據軌道壓力和壓電疊堆溫度來確 定。既然這樣，可調整圖5所示的模型，從而包括與目標頂部軌道電壓、軌道 壓力和壓電疊堆溫度相關的數據圖。第二子模型包括線性比例因子，該因子可 根據另一個發動機參數，例如T。n來調整目標頂部軌道電壓300。可替換地，與 第一數據圖110的輸出相結合，測量或估計的壓電疊堆可用在第二數據圖中， 從而推導出目標第三差分電壓電平(V3)或頂部軌道電壓(Vhi)。因此，可以理解的是，關於圖5描述的本發明的實施例是如何將本發明所 述方法用於實踐的非限定性的例子。正如已經提到的，目標頂部軌道壓力300 可利用合適的數學方法，例如兩個獨立的數據圖，來計算。然而，本發明有利 的方法是在車輛發動機運行期間，將實際的最小響應輸入並快^i也計算出目標 頂部軌道壓力，從而允許其頻率調整(如果需要)。在ECU14 (其適於執行本發 明所述的方法)中，擴大的存儲器空間帶來了經濟成本問題，以及功能複雜禾口 存儲 量會給程序運行時間/速度帶來反作用。與線性比例因子(例如，在 子模型200示出的)相比，數據圖(例如，數據圖IIO)可能要求相對更大的存 儲量(存儲器)，並且圖中的數據誤差會要求較大量的處理時間。因此，在一些 實施例中，例如圖5中所示的，可能包括在相對於110的附加 圖中的壓電 疊堆^Jt的大小，被分離成統性校正或比例因子，這樣就大大M^了在ECU14 中需要的存儲空間和處理時間。在一些實施例中，可根據兩個或更多的基於默 認頂部軌道電壓的線性校正(比例因子)來計算目標頂部軌道電壓，以便避免 對數據圖110的需求。在燃料噴射期間 料噴射之前可計算目標頂部軌道電壓(或第三差分電 壓電平)，假如其在噴射活動的充電階段開始之前(例如，在點T2)已經被確 定。在燃料噴射階段(T0到T2)結束時，依靠有關發動機參數(例如，軌道壓 力、T。n和壓電疊堆糹驢)來確定壓電促動器11的目標第三差分電壓電平，然
後需要開始對促動器ll的重新充電以達到那個電平(即，在T2到T3期間)。在燃料噴射階段期望的結束時刻，腿停止發動機氣缸中燃料的噴射，並 具有合適的空氣動力學或噴射器閉合輪廓是很重要的。在這方面，在T2燃料噴 射階段的結束是由響應於壓電疊堆上電荷的增加(或促動器端子的電壓)的促 動器ll的壓電疊堆9的延伸來控制的(在非'漏噴射器中)。影響壓電疊堆9的延伸鵬的一個因素是，施加到促動器11上的充電電流(ICHARCE)的大小。由於在非i^噴射器中充電電流引起了燃料噴射器的關閉， 該充電電流也可稱作"關閉電流"。採用己知的方式，充電電流(ICHARGE)由發動機的ECU14合適地確定例如，根據燃料噴射器(12a， 12b)的指定的關閉 輪廓。充電電流也可根據促動器ll的壓電材料的壓電特掛屬性，擇。在本發明的一個實施例中，ECU14設定默認的充電電流(IcHARC^DEFAULT)，在沒有任何附加影響因素的情況下，在T2，對初^3I率的促動器11重新充電。壓電疊堆充電的這個初始速率可以認為是代表了燃料噴射的初始關閉電流。在一些實施 例中，期望的是，當促動器上的差分電壓接近目標第三差分電壓電平時，降低壓電促動器ll再充電的速率。在這些實施例中，ECU14提供了小於初級關閉電 流的次級關閉電流。類似的電流控制機制可考慮用在TO到T1之間的放電電流。 與上述內容相關，圖6示出了本發明中控制燃料噴射的替換方法的另一個 實施例。在這個操作周期中，W^放電階段(T0到T1)和充電階段(T2到T3) 都分別地包括初級和次級階段。初級和次級階段由各自的放電和充電階段的時 間周期禾B/或放電和充電階段的電特性來表徵。在圖6的實施例中，放電階段(TO 到T1)包括初級放電階段T0到T0.5，在此期間流出促動器的放電電流是第一 個、大約恆定的電流adkcharce-p);和次級放電階段T0.5到Tl ，在此期間流 出促動器的放電電流是第二個、已降低的、大約恆定的電流(Id!scharge-s)。類 似地，充電階段(T2-T3)包括初級充電階段T2到T2.5，在此期間流入促動 器充電電流處於第一電流電平(Icharge-p)，和次級充電階段T2.5-T3，在此期間流至促動器的充電電流處於已降低的RMS電平的電平IcHARGE-s。在圖示的實施例中，每個放電和充電階段的次級階段分別地包括放電和充電階段齡持續時間的約最後50%。然而，很顯然，次級放電階段可以包括低於放電階段的整 個時間周期的100%的任何部分例如，至少95%，至少90%、至少80%、 70%、 60%或至少50%。在一些實施例中，次級放電階段包括放電階段的旨，ft賣時間的50%或更少，例如到40%、 30%、 20%或10%。在一些燃料噴射活動中， 有利的，次級放電階段包括了放電階段的主要部分，例如從50 -95%。這些實施例的有益方面是，在放電階段結束時，促動器對於電荷快速離開 壓電疊堆上的物理響應(即，壓電疊堆的壓縮)不太劇烈。這樣，當快速切斷 相對大的放電電流時(會引起壓縮速率快速變化)，可降低壓電促動器經受的大 的物理應力。如果沒有理論上的限制，在一些燃料噴射器中，可設置壓電促動 器，使得其自身在延伸時比其相對壓縮時更強壯。由此，在壓縮的結束時，在 壓電促動器上施加的夕卜力更可能破壞壓電促動器。因此，提供包括初級和次級 的放電階段的放電階段，其中，在次級階段的放電電流(Idischarce-s)低於在初 級階段的放電電流(Idischar(je-p)。在一些燃料噴射活動中，例如，那些僅要求少量燃料噴射(例如，在低軌 道壓力)，或在高軌道壓力的預噴射的情況下，放電階段可僅包括初級放電電流。 這個方式適合於這樣的小量燃料噴射活動，因為只要從壓電疊堆上去除少量的 電荷(打開放電)，並且因此壓電促動器上的應力是相對較低的。作為一般的規則，燃料噴射T。n越短，由次級放電階段構成的放電階段的比例就越小。類似地，在一些實施例中，充電階段(T2-T3)可包括電流IcHARGE-p的初級充電階段(T2 -T2.5)和IcHARGE-s的次級充電階段(T2.5 - T3)。次級充電階 段可包括整個充電階段的任何比例，如以上關於放電階段所述的。另外，與放 電階段一樣，在存在次級充電階段的情況下，有益的是，次級充電階段過程中的充電電流(ICHAROE-S)小於初級充電階段過程中的充電電流(ICHARCE-P)。典 型的，次級充電階段的持續時間和電流大小的存在是不依賴於次級放電階段的 持續時間和電流大小而選擇的。在一些燃料噴射活動中，放電和充電階段都具有初級和次級階段，其中， 每個次級階段由比各自的初級階段更低電流來表徵。在本發明有利的方法中， 放電階段具有初級和次級階段，然而，同樣的燃料噴射活動的充電階段僅具有 初級階段。為了調整放電電流，fflii滿足發動機燃料需求的在要求時間周期(I )內所需的量，ECU可首先確定打開jt料噴射器所需的打開放電量。ECU也可典型地確定打開放電量(即，從壓電疊堆去除的電荷)，該放電量被需 過所需量來打開燃料噴射器。ECU可 RMS放電電流值以滿足在噴射活動持續期間
(T。n)的所需的打開放電。典型的，以認可的方式，RMS放電(和充電)電流是通過設置高於或低於閾值電流來控制的，並且在放電(或充電)階段，放電開關Q2 (或充電開關Q1，分別地)是按照閾值放電值的頻率來打開和閉合的。 這被稱為放電和充電電流的振幅調製。燃料噴射活動包括初級和次級放電階段， 例如，每個階段具有不同組的閾值電流，並且因此來控制放電開關Q2。可以理解的是，儘管可選擇地包括對應各自初級階段的低電流的次級放電 P介段和/或次級充電階段，並且儘管增加了破壞壓電促動器的風險，但是這樣可 能關係到長度的ffiil變化， 一般希望的是，放電和充電階段在時間T0和T2， 能夠分別地快速地開始，以便促動器能快速響應於開始或終止燃料噴射活動的 信號。在傳統的現有技術中，燃料噴射器系統的頂部軌道電壓是保持恆定的，典 型的，電流的打開和關斷是預定的並存儲在ECU中。這樣， 一般期望的是，每 個主要燃料噴射活動應該具有同樣的輪廓(例如，在噴射器打開和關閉速度和 距離方面)，這樣就可以獲得已知的燃料噴射的速度和數量。然而，本發明認為 壓電噴射器現有的操作模式不能在所有的發動機狀況下、也不能改變壓電促動 器上的激勵差分電壓電平的情況下得到一樣的燃料噴射輪廓/樣式。在這方面，壓電疊堆長度變化的速率(和因此壓電燃料噴射器打開和關閉 的輪廓)除了打開和關閉電流大小之外，也可受到一個或多個可變的發動機參 數的影響。根據本發明，考慮到的可變的發動機參數可從下面皿擇軌道壓 力、施加在促動器ll上的頂部軌道電壓(VH)、和/或壓電疊堆溫度。在另一實施例中，可考慮的可變發動機參數可從軌道壓力、促動器ll的激勵差分電壓電節Vo)、禾口/或壓電疊堆^^中選擇。因此，根據本發明，充電電流(ICHAR促)可根據軌道壓力、頂部軌道電壓(Vhi)、和/或壓電疊堆溫度中的一個或多個來計算。在有利的實施例中，ECU14 通過依靠選擇的一個或多個發動機參數來調整默認電流，計算默認充電電流(IcHARe&DEFAULT)的充電電流，從而得到目標充電電流(IcHARCE)，該電流包括有 關主要的發動機狀況的一個或多個補償。在特別有利的實施例中，通過對相對於存在的(或最新測i/估計的)軌道壓力值、頂部軌道電壓(Vhi)和壓電疊堆溫度的默認充電電流的補償來計算目標充電電流(IcHAmE)。例如，在發動機測試 期間，根據怠速或平均發動機參數可確定默認充電電流。這個默認充電電流， 例如可以是施加在一般運行模式下的充電電流，在這種情況下，無論發動機主 要的狀況是什麼，者阿以施加預定的充電電流。再次參照圖3和4，在T3，壓電促動器ll已經再充電到其第三差分電壓電 平(V3; V3')，並且，在其後的任何點，可開始啟動放電階段來啟動在隨後 的TO時刻的下個燃料噴射活動。根據以上對關閉電流(或充電電流)的討論，從壓電疊堆去除從而在TO (在 噴射器去激勵狀態)時亥岍始燃料噴射的放電電流(或打開電流)的水平， Idischarge，是在控制燃料噴射器打開輪廓的重要的因素，通過控制壓電疊堆的 壓縮速率。因此，ECU14可依靠預期的燃料噴射量(例如，依靠發動機車鍵和 負荷)來循序漸進地啟動不同的放電電流。因此，在本發明的一個實施例中， ECU14設置默認的放電電流(Idischarge -defalut力 在沒有任何與發動機參數相 關的影響因素進行補償的情況下，在TO時刻的速率下，對促動器ll放電。然而，如上所述，本發明認為壓電促動器ll對預定的默認放電電流的響應 會受到一個或多個變化的發動機參數的影響。例如，通過本發明所述方法得到 的，對壓電促動器上的激勵差分電壓有益的降低意味著，在一些實施例中，用 來對壓電促動器再充電的驅動電路的頂部軌道電壓(VH)，可從一個it料噴射 活動向另一個變化。由於按照TO時促動器上的差分電壓，壓電促動器ll可能不同地反映到具體放電電流的大小(例如，默認放電電流，blSCHARCE-DEFAULT); 在一個實施例中，本發明有利地根據在其充電狀態下(即，V3和/或Vq)的壓電促動器11上的差分電壓來確定放電電流。合適地，根據在TO時亥倣電動作之 前的促動器ll上的差分電壓，即在差分電壓VO時，來確定放電電流。可以理 解的是，在一些實施例中，可根據驅動電路20a的頂部軌道電壓(VH)，擇 放電電流，因為，假定壓電促動器ll被再次充電到頂部軌道電壓並且底部軌道 電壓(VLO)是已知的。其它可變的發動機參數，尤其是軌道壓力和壓電疊堆溫度，可能也影響壓 電促動器對具體(例如，默認的)的放電電流的響應。在這個方面，壓電疊堆 的溫度會影響在具體的差分電壓電平下存儲在壓電促動器上的電荷的量。因此，有利的，本發明根據軌道壓力、促動器ll上的差分電壓(Vo)和壓 電疊堆的溫度中的一個或多個來計算放電電流；獲得目標放電電流，該放電電流是對主發動機狀況的補償。更有利的，通過當前(或最近測a/估計的)包括
軌道壓力、促動器11上的差分電壓電平(Vo或V3)和壓電疊堆糹顯度的參數的 補償默認的放電電流來計算目標放電電流(Id!SCHARGE)。因為放電電流引起去激 勵狀態的燃料噴射器的打開，從而噴射燃料，所以放電電流也被稱作打開電流。合適地，在TO前的任何點，由ECU14來計算下一個燃料噴射的放電電流 (Idischarge)。方便的，在T3-TO的階段期間計算放電電流，在這段時間裡，促 動器的激勵差分電壓電平的準確值是己知的。很顯然，在放電階段T0-Tl結束前，降低壓電促動器的放電速率是有益 的，由此在放電階段結束時，壓電疊堆的壓縮速率沒有快速變化，因此，壓電 促動器所承受的物理應力也會降低。因此，本發明可包括，如前所述的在周期 (T0-T0.5)內施加第一量級的初級放電電流，之後是在周期(T0.5-T1)內施 加量級減小的次級放電電流。施加放電電流(或打開電流)，直到壓電促動器上獲得所需的、預定電壓降， 以得到壓電促動器ll (V》的期望的第二差分電壓電平。M將差分電壓從第 一電平Vo變到第二電平V!/V2(即，在T0和T2之間)，從壓電促動器ll上去除 的電荷量可以得到並保t爭燃料噴射，可方便地稱為"打開放電"，因為正是這些 從壓電疊堆去除的電荷量打開了燃料噴射器。處於第二差分電壓電平的壓電疊 堆的長度反應了延伸，通過該延伸壓電燃料噴射器打開並噴射燃料，並且結合 燃料壓力、燃料速率和數量，在噴射器保壓周期內(Tl - T2)，燃料被噴射到發 動機的相關氣缸內。在一個實施例中，壓電促動器11在T1時刻可被放電到預定的第二 (低) 差分電壓電平。這樣，壓電促動器ll放電後的電平獨立地確定了促動器的充電 後的電平。在另一個實施例中，作為典型的現有技術中的燃料噴射系統，本發明的方 法fflil預定的差分電壓降(例如，250V)來操作放電壓電促動器ll，而不考慮 壓電促動器ll的第一差分電壓電平。以己知的方式，預定的電壓降可以基於發 動機需求 擇。例如，對於主噴射，預定的電壓降可以是250V;而如果發動 機處於怠速，或導致預噴射，預定電壓降可以低至50V。然而，另一個壓電促動器在其充電狀態下，具有可變高差分電壓的結果是， 對於在促動器11的預定電壓降(例如打開燃料噴射器)，促動器可放電至何變 的低差分電壓電平(即，第二差分電壓電平)。例如，如果執行默認的放電電壓
降200V以開始主燃料噴射，那麼在予勵文電電壓+200V，促動器將被放電到OV; 反之，如果促動器上的預定放電電壓處於降低的170V，例如，同樣的差分電壓 的變化就會導致更低的-30V的第二差分電壓電平。
本發明認為，燃料噴射器的打開和關閉輪廓(其1^#、於壓電疊堆壓縮/延伸的 長度和速度)可依賴於在其充電和放電狀態下(包括在促動器11激勵和去激勵之 間的差分電壓電平的變化)的壓電疊堆的絕對差分電壓電平和促動器充電或放 電的速度。由此，通過改變壓電促動器的充電差分電壓電平(即第三差分電壓 電平)，相關的燃料噴射器的打開輪廓也可用來改變在TO時刻對隨後的燃料噴 射啟動的預定的(默認)差分電壓降和默認的放電電流(Idischarge)。因此，壓 電促動器在激勵差分電壓電平的上述變化會導致不同的燃料噴射輪廓，並且， 因此，導致在不同的發動機狀況和發動機燃料需求精確匹配失效的情況下，噴
射不同量的it料。
為了解決這個問題，本發明的方法腿當地包括打開放電補償，如果需要， 按照一個或多個發動機參數來調整打開放電。該一個或多個發動機參數通過軌 道壓力、充電促動器ll上的差分電壓電平(即，第一麟三差分電壓電平)和 壓電疊堆溫度M擇。在一個實施例中，按照軌道壓力、充電促動器ll上的差 分電壓電平(Vo)和壓電疊堆M^來計算打開放電。打開放電補償，就如前述 的補償，可通過默認的打開放電電平補償來計算，例如，該默認的補償可在發 動機測i力裝配過程中預設。默認的打開放電電平可以M發動機燃料需求水平 ，擇，例如從查找表、數據圖或其它函數，並且可基於預定的第一差分電壓 電平。典型的，第一差分電壓電平是ECU14已知的或可以測量的。當然，可以 理解的是，在一系列一個以上的燃料噴射活動中，第一差分電壓電平等於第三 差分電壓電平。
有利的，本發明包括應用下述中的至少一個(i)打開電流補償，*^擇 打開電流，以在TO對壓電疊堆放電的速率，以便啟動'燃料噴射活動，(iO關閉 電流補償，総擇關閉電流，以在T2對壓電疊堆充電的速率，以便結束燃料噴 射活動，以及(in)打開放電補償，當燃料噴射活動發生時(即，T0到T2之間)， ，擇從壓電疊堆去除的電荷量。這樣，燃料噴射的輪廓，包括由燃料噴射器 噴射的燃料速度和數量可根據一個或多個發動機參數來調整。在更有利的實施 例中，本發明可包括應用以下三個打開電流補償；關閉電流補償；和打開放
電補償。以下參照圖7描述了如何實現這個有禾啲實施例的非限定性的示例。
圖7圖示了控制流程圖，所述步驟可用來計算燃料噴射器中的(A)打
開電流補償400， (B)關閉電流補償500 (C)打開放電補償600。可方便的使 用每種補償(400， 500， 600)來實現打開電流、關閉電流和打開放電的默認值， 以分別地得至附開電流、關閉電流和打開放電的目標水平。
為了計算打開電流補償400，首先，發動機的軌道壓力水平410、、激勵差分 電壓電平(VQ)420和壓電疊堆糹aS 430或者fflil測量得到，或者ffi31估計得到。 有利的，軌道壓力410、激勵差分電壓電平(VG) 420和壓電疊堆溫度430中的 每一個的確定都是在下個燃料噴射活動之前立即作出的，例如，在緊接在補償 正在計算的之前的燃料噴射活動期間。在不可能利用這樣最新的測量或估計值 的情況下，可利用對每個參數最新得出的判定。為此，ECU14的存儲器可以用 來存儲相對近來的發動機參數值。
如果軌道壓力410確定在一個範圍內下降，在這個範圍壓電疊堆對打開電 流的變化不敏感，那麼將確定的軌道壓力410與飽和曲線411相比較，其可用 來設置打開電流補償400的軌道壓力元素為0。例如，在一個實施例中，當燃料 壓力低於800bar時，壓電疊堆對於打開電流的變化是敏感的，相反，燃料壓力 在800bar以上時，打開電流的變化就不會影響壓電促動器11的響應。
對以地，對於激勵差分電壓電平(Vo)和壓電疊堆溫度430的確定的值與 飽和曲線421、 432分別地比較，以抵消任何打開電流補償，其中激勵差分電壓 電平(VQ)和壓電疊堆溫度是在壓電促動器ll對於打開電流敏感的水平。
為了在預定的默認打開電流下，計算與確定的軌道壓力410對壓電促動器 11的響應的影響成比例的增益(或調整)，在412，軌道壓力410的確定的值被 參考作為預定線性比例函數。例如，當燃料壓力410確定處於一定水平，在該 7jC平下，壓電促動器ll對於打開電流改變的敏感性比其在預定默認條件下更強 時，it料壓力增益將小於l，並且在相反的條件下，所述增益要大於l。這樣， 當壓電促動器ll承受燃料壓力而變得對打開電流不太敏感時，相對於默認打開 電流(Idischargboefault)要增加目標打開電流(Idischarge)，反之亦然。
同樣，在422和432，激勵差分電壓電平(Vq) 420和壓電疊堆溫度430 的確定值被分別地與激勵差分電壓電平(VQ)和壓電疊堆溫度的預定線性比例 函數進行比較，來計算分別與確定的激勵差分電壓電平(Vo) 420和壓電疊堆溫度430對在預定的默認打開電流下壓電促動器11的響應的影響成比例的增益。
在450 ，通過增加具有常數440的各個增益值計算組合增益或比例因子(即， 各個增益412、 422和432的平衡)。常數440對於創建與三個發動機參數目標 打開電流相關的恰當的四維表面是必須的。
然後總增益450與另一4H包和曲線451相比較，其用於保證目標打開電流 的函數被保持在壓電促動器ll操作時可接受的水平。因此，例如，如果默認打 開電流是x安培，但是之前己經確定高於2x安培或低於0.5x安培的打開電流
"7C^il+j+i呈；n^iPTFti乂P.;"h祖6h塌i^lfc R旦H ri承瑤的 ^&i壬n曲處、jai固法l1
任何組合增益450值到0.5 - 2.0的可接受柳艮度內。
已經依照飽和曲線451調製的組合增益450被應用於默認的打開電流
(iDISCHARe&default)，以便計算目標打開電流(blSCHARGE)。在圖示的實施例中，
打開電流包括默認初級打開電流460 (Idischarc^default-p)和默認次級打開電流
470 (lDiscHAReEDEFAUUK)，它們可以相同也可以不同。目標初級打開電流461 (IDBCHARC^P)和目標次級打開電流471(iDiscHARCES)最後通過相同的比例因子或增
益451乘以默認值來計算。打開電流480中的百分比或比例變化用來按照方案 600來計算打開放電補償。
為了計算關閉電流補償500，發動機的軌道壓力水平510，激勵差分電壓電 平(Vq)520和疊堆溫度530或者通過測量得到，或者M估計得到(如上所述)。 應該注意到，軌道壓力510、激勵差分電壓電平(Vq) 520和壓電疊堆溫度530 的值與對應的值410、 420和430相同，其中也計算了打開電流補償。
就在400中計算打開電流補償方面來說，將確定的軌道壓力510、激勵差 分電壓電平(V。) 520和壓電疊堆溫度530的值分別相對於飽和曲線511、 521 和531被參考，以在燃料壓力510、激勵差分電壓電平(Vo) 520和/或壓電疊堆 ^鵬530的條件下使潛在的關閉電流補償無效，在這些狀況下，壓電促動器ll 對關閉電流的變化是不敏感的。
在512，對於所述比例得到比例因子或增益，根據該比例必須調整默認關 閉電流以補償對主要燃料壓力510的壓電促動器11的影響。就象上面的412， M參考預定的與燃料壓力相關的統性比例函數來響應壓電促動器11，方便地 計算增益從而改變關閉電流。類似的，在522和532，激勵差分電壓電平(Vo) 520和壓電疊堆溫度530的預定值，分另哋與激勵差分電壓電平(Vo)和壓電疊
堆溫度的預定線性比例函數相比，從而計算各個增益，這些增益與確定的、激勵
差分電壓電平(Vo) 520和壓電疊堆溫度530分別對在預定的默認關閉電流下壓
電促動器ll的響應的影響成比例。
在550， M31在常數540上加上各個增益值來計算每個發動機參數的各個 +幽苦的求妮而fs tt檢若ssn t^s—vM^sn曲姊ssi太日h^. 甘田幹4呆iJF最後
的目標關閉電流保持在壓電促動器ll操作的可接受的水平(如上述有關目標打 開電流所述的那樣)。
(已經依照飽和曲線551調製過的)組合增益550的值被應用於默認的關閉
電流(ICHARC^DEFAULT)，以便產生目標關閉電流(IcHARGE)。關閉電流也包括默認 初級關閉電流560 (IcHARO&DEFAULT-P)和默認次級關閉電流570 (IcHARCJ&DEFAUUK)， 它們可以相同也可以不同。目標初級關閉電流561 (IcHARC^P)和目標次級關閉
電流57lacHARc^)iM:從551獲得的相同的比例因子或增益乘以默認值來確定。
如上所述，ffiil首先確定的發動機軌道壓力610、；敫勵差分電壓電平(Vo) 620和壓電疊堆溫度630來有利地計算打開放電補償600。這些M分別與相應 的變量410和510、 420和520，及430和530相同。
就打開和關閉電流補償(400和500)來說，計算的發動機參數610、 620 和630與飽和曲線611、 621和631分別地相比較，以便在壓電促動器11對打 開放電的變化不敏感的發動機狀況下去除補償的可能性。
接下來確定比例因子/增益612、 622和632，例如，M參照預定的線性比 例函數，以對打開放電進行調整，從而分別地補償對參數610、 620和630的壓 電促動器ll的影響。而後，對於給出的原因，如果需要，就通過在常數640上 增加M增益值來計算總增益650，並且這可以參考飽和曲線651來調整。
在圖示的實施例中，為了調整來自壓電促動器的打開放電，放電電流初始 化的時間(即TO)典型地保持恆定，艮卩，存在預定的TO。相反，點T1和由此， 打開時間(Tl - TO)相對於默認打開時間被調整。這樣，對於任何給定的(例 如，默認的)打開電流，通過延長打開時間T1-TO，使得來自壓電促動器的打 開放電增加，並且M縮短打開時間T1 - T0，使得來自壓電促動器的打開放電 減少。圖示實施例中的打開放電補償包括初級打開時間(T0.5-T0) 660，和次 級打開時間(T1-T0.5) 670的值。可以理解的是，T0.5對應於這樣的時間點， 在該時間點，次級放電(或打開)電流初始化。由此，在651，得到補償比例因
子，該因子表明在來自壓電促動器ll的打開放電中用於對燃料壓九、M差分 電壓電節Vo)和壓電疊堆糹鵬的值進行補償所需的比例或百分比變化。在壓電促動器上的打開放電會受到在400計算的打開電流變化的影響，並 且也會受到打開時間，T1-T0 (即在從促動器上去除打開或放電電流的時間周 期)變化的影響。因此，在680，打開電流480的百分比或比例變化除以所需的 打開放電的百分比或比例變化，從而確定是否在初級660和次級670打開時間 內需要任何補償。例如，如果打開電流補償400計算在打開電流中需要10%的 增加，而後來自壓電促動器ll的打開放電的相應的10。/。的增加將不會分別J:"W 默認的初級和次級打開時間660和670產生任何變化。因此，如果在651，計算 需要的打開放電補償是0%，而後對打開電流的10%的增加的補償，將需要縮小 初級660和次級670打開時間10%。因此，初級打開時間661的補償值被計算為在680確定的附加補償(對於 需要的打開電流和打開放電補償)和默認初級打開時間660的乘積。類^j:也， 計算附加補償680和默認次級打開時間670的乘積來確定補償的次級時間671 。 典型的，將同樣的比例或百分比補償變化應用於初級和次級打開時間。圖7所述的模型表示一種方式，採用這種方式，打開電流、關閉電流和打 開放電中的補償可通過三個發動機參數來計算，這些參數是燃料壓力、激勵 差分電壓電平和壓電疊堆溫度。本領域技術人員可例如基於示例實施例的發動 機參數推導出其它數學模型或方程。另外，附加補償和/或附力撥動機參數可用 在控制燃料噴射活動的所選的補償計算中。因此，以上所述的實施例無論如何 不旨在限制如權禾腰求所述的本發明的範圍。可以理解的是，此處詳細敘述的及權利要求中的方法步驟，無論如何都不 必按它們引入的順序來執行，而是可以相反地或重新排序，同時仍能夠提供與 本發明相關的優點。本發明的方法確定了可以降低去激勵噴射器中壓電促動器上的差分電壓電 平，戰實施例沒有限制斷氐充電的壓電促動器的差分電壓電平的特別的方法。 例如，充電的差分電壓電平可由主動或被動的機制來降低。在被動機制中，用 5W促動器重新充電的驅動電路中的頂部軌道電壓(Vhi)被允許在每次燃料噴 射活動之後逐漸降低而不是重新充電。主動機制包括G)改變壓電促動器的充電時間以防止壓電促動器重新充電至順部軌道的滿電壓(VH); (11)通過操縱驅動電路的功能來有效地降低頂部軌道電壓(VH)，但是任選地允許壓電促動 器重新充電至順部軌道的滿電壓。在一些實施例中，4她使用被動機制來降低 壓電促動器上的差分電壓，但是在一些情況下，優選使用主動機制，例如，以 更決速地降低充電的促動器上的差分電壓。本發明也提供了一種操作包括具有壓電疊堆的壓電促動器的'燃料噴射器的 方法，其中，在使用時，噴射器與燃料軌道 ;所述方 跑括(a)在放電周期(TO-Tl)向所述促動器施加放電電流(Idisc腿ge)，使得所述疊堆從其第一 差分電壓電平(Vo)放電到其第二差分電壓電平(V!/V2)(以便啟動噴射活動)； (b)在一段時間內(T1到T2;"保壓周期")(在此期間保持噴射活動)保持所述 第二差分電壓電平；(c)在充電周期(T2到T3; T2到T3')向所述促動器施加充電電流(icharge)，使得所述疊堆從其第二差分電壓電平充電到其第三差分電 壓電平(v3)(以便終止噴射活動)；其中，所述第三差分電壓電平(V3)是根據至 少一個發動機參數，擇的，所述至少一個發動機參數選自燃料軌道中的燃 料壓力(稱作"軌道壓力"，或"P")、 T。n(燃料噴射活動的工作時間)；和壓電疊堆溫度(Temp);並且其中所述方法還包括應用下述中的至少一種(1)放電 電流補償，以選擇用於在步驟(a)中對所述疊堆放電的放電電流(Idischarge); (ii)充電電流補償，以選擇用於在步驟(c)中對所述疊堆充電的充電電流 (Ichar促)；和(iii)打開放電補償，以選擇從所述疊堆去除的電荷量，以獲得步 驟(b)中的第二差分電壓電平；其中，在此描述了不同的發動機參數和方法步 驟。
權利要求
1. 一種操作燃料噴射器(12a，12b)的方法，該燃料噴射器包括具有壓電元件的疊堆(9)的壓電促動器(11)，其中，在使用中所述噴射器與燃料軌道連通，該方法包括(a)在放電周期(T0到T1)向所述促動器(11)施加放電電流(IDISCHARGE)，以便將所述疊堆從其兩端的第一差分電壓電平(V0)放電到其兩端的第二差分電壓電平(V1/V2)；(b)在一段時間(T1到T2，「保壓周期」)保持所述第二差分電壓電平；以及(c)在充電周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促動器(11)施加充電電流(ICHARGE)，以便將所述疊堆從第二差分電壓電平充電到第三差分電壓電平(V3)；其中，所述第三差分電壓電平是根據至少兩個發動機參數來選擇的，所述至少兩個發動機參數選自燃料軌道中的燃料壓力(軌道壓力，P)、電脈衝時間(Ton)和壓電疊堆溫度(Temp)。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，確定所述至少兩個發動機參數的步驟包括測量所述至少兩個發動機參數(1) 在所述放電周期開始之前；和/或(2) 在放電周期(T0到T1)期間；和/或(3) 在保壓周期(Tl到T2)期間。
3. 根據權利要求1或2所述方法，其中，所述第三差分電壓電平(V3)根 據至少軌道壓力(P)和所述電脈衝時間(I ) 擇。
4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其中，所述第三差分電壓 電平(V3)是軌道壓力(P)、所述電脈衝時間(T。n)和壓電疊堆溫度的函數 (V3=f (P， T加，Temp))。
5. 根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，其中，所述第三差分電壓 電平(V3)選自一個或多個基於校準數據的查找表、 圖、方程或比例函數。
6. 根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中，利用被設置成測量 軌道內燃料壓力的壓力傳^來測量所述軌道壓力(P)。
7. 根據權利要求1至6中的任一項所述的方法，其中，電脈衝時間(Ton) 被確定為發動機負載、發動機速度和節氣門位置中的一個或多個的函數。
8. 根據權利要求1至7中的任一項所述的方法，其中，步驟(c)由驅動電 路(20a)控制，所述驅動電路包括處於電壓VHi的高壓軌道、處於電壓Vu)的 低壓軌道，其中，所述高壓軌道和所述低壓軌道可連接到壓電促動器(11)的 相應端子；並且，其中所述壓電促動器的第三差分電壓(V3)是所述Vhi和Vlo 之間的電壓差分。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，驅動電路(20a)包括控制所述高壓 軌道的電壓(Vhi)的裝置；並且其中，在根據所述至少兩個發動機參數選擇所 述第三差分電壓電平(V3)之後，控制所述高壓軌道的電壓以得到選擇的第三 差分電壓電平。
10. 根據權利要求1至9中的任一項所述的方法，其中，艦以下步驟鄉 擇目標第三差分電壓電平(V3):從使軌道壓力和電脈衝時間(T。n)與期望的 第三差分電壓電平相關的數據圖獲得第一輸出；ffiil將基於壓電疊堆溫度的比 例函數應用於所述第一輸出來獲得第二輸出；其中，所述第二輸出涉及所述目標第三差分電壓電平。
11.根據權利要求i至io中的任一項所述的方法，其中，通過以下步驟，擇目標第三差分電壓電平(V3):從使軌道壓力(P)和電脈衝時間(T。n)與期望的第三差分電壓電平相關的第一數據圖獲得第一輸出；從使疊堆溫度和所述第一輸出與期望的第三差分電壓電平相關的第二數據圖獲得第二輸出；其中， 所述第二輸出涉及所述目標第三差分電壓電平。
12. 根據權利要求10或11所述的方法，其中，第一和第二輸出相應於權利 要求8或權利要求9中的所述高壓軌道的電壓(Vhi)。
13. 根據權利要求1至12中的任一項所述的方法，其中，步驟(c)還包括以下步驟(bl)重複步驟(a)和(b);(b2)在充電周期(T2到T3')向促動器(11)施加充電電流(Icharge)， 以便將所述疊堆從所述第二差分電壓電平充電到中間差分電壓電平(V3.)，其 中所述中間差分電壓電平是處於所述第一 (Vo)和第三(V3)差分電壓電平之 間的電平；以及(b3)重複步驟(bl)和(b2)直到所述中間差分電壓電平(V3.)基本上 等於所述第三差分電壓電平(V3)為止；並且其中採用在前面步驟(b2)中得 到的所述中間差分電壓電平(V"作為在相繼步驟(bl)中的所述第一差分電 壓電平。
14. 根據權利要求1至13中的任一項所述的方法，該方法還包括應用下述中的至少一個(0放電電流補償，以選擇在步驟(a)中用於對所述疊堆放電的所述放電 電流CIdbcharge) 5(ii)充電電流補償，以選擇在步驟(c)中用於對所述疊堆充電的所述充電電流(icharge);禾口(111)打開放電補償，以選擇從所述疊堆去除的電荷量，以得到步驟(b)中的所述第二差分電壓電平(v/v2)。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中，所述放電電流補償、所述充電電流 補償和所述打開放電補償均根據選自軌道壓力(P)、壓電疊堆溫度(Temp)和 所述第一差分電壓電平(VQ)的至少一個發動機參數來確定。
16. 根據權利要求1至15中的任一項所述的方法，該方^括應用(i)放電電流補償，以選擇在步驟(a)中用於對所述疊堆放電的所述放電 電流(Idischarge);(il)充電電流補償，以選擇在步驟(c)中用於對所述疊堆充電的所述充電 電流(icharge);禾口(ill)打開放電補償，以選擇從所體堆去除的電荷量，以得到步驟(b)中 的所述第二差分電壓電平(V!/V2);其中，所述放電電流補償、所述充電電流補償和所述打開放電補償均被獨立地確定作為軌道壓力(P)、壓電疊堆溫度(Temp)和所述第一差分電壓電平 (Vo)的函數。
17. —種用於燃料噴射器(12a， 12b)的驅動電路，所 料噴射器包括壓 電促動器(11)，所述壓電促動器具有壓電元件的疊堆(9)，所述驅動裝置包 括(A) 第一一個或多個元件，用於在放電周期(T0到Tl)向所述促動 器(11)施加放電電流(Idischarce)，以便將所述疊堆從其兩端的第一差分電壓電平(VQ)放電到其兩端的第二差分電壓電平(V!/V》；(B) 第二一個或多個元件，用於在一段時間(Tl到T2)保持所述第 二差分電壓電平；(C) 第三一個或多個元件，用於在充電周期(T2到T3; T2到T3')向所述促動器(11)施加充電電流(icharge)，以便將所述疊堆從第二差分電壓 電平(V,/V2)充電到第三差分電壓電平(V3);和(D) 第四一個或多個元件，用於在向促動器(11)施加所述充電電流(ICHARCE)之前確定至少兩個發動機參數，以便根據所述至少兩個發動機參數來 選擇所述疊堆(9)被充電到的第三差分電壓電平(V3);且其中所述至少兩個 發動機參數選自燃料軌道中的;)t料壓力(軌道壓力，P)、電脈衝時間(T。n)和壓電疊堆溫度(Temp)。
18. 根據權利要求17所述的驅動電路，其中，所述疊堆(9)被充電到的所 述第三差分電壓電平(V3)被選擇作為軌道壓力(P)、所述電脈衝時間(Tm) 和壓電疊堆iUJt (Temp)的函數。
19. 根據權利要求17或18所述的驅動電路，該驅動電路還包括(E) 第五一個或多個元件，用於應用放電電流補償総擇用於對所述疊堆放 電的戶萬述方文電電流(Discharge);禾口/或(F) 第六一個或多個元件，用於應用充電電流補償絲擇用於對所述疊堆充電的所述充電電流(IcHARCE);禾口/或(G) 第七一個或多個元件，用於應用打開放電補償，擇從所述疊堆去除的電荷量，以得到所述第二差分電壓(W/V2);禾口(H) 第八一個或多個元件，用於在應用所述放電電流補償、所述充電電流 補償和所述打開放電補償中的任何一個之前確定至少一個發動機參數；且其中 所述至少一個發動機參數選自軌道壓力(P)、壓電疊堆溫度(Temp)和所述 第一差分電壓電平(Vo)。
20. 根據權利要求19所述的驅動電路，其中，所述放電電流補償、所述充電 電流補償和所述打開放電補償均被獨立地確定作為軌道壓力(P)、壓電疊堆溫 度(Temp)和所述第一差分電壓電平(Vq)的函數。
21. —種計算豐幾程序產品，包括至少一個計算程序軟f牛部分，當M運行環 境下執行時，該至少一個計算程序軟體部分用於執行權禾腰求1到16中的任一 項的方法。
22. —種 存儲介質，具有存儲在其上的t又利要求21的所述或每個計算機軟體部分。23—種微型計算機，其配置有權利要求22的 存儲介質。
全文摘要
本發明涉及噴射控制系統。一種操作包括具有壓電元件的疊堆(9)的壓電促動器(11)的燃料噴射器(12a，12b)的方法，其中在使用中所述噴射器與燃料軌道連通，該方法包括(a)在放電周期(T0到T1)向所述促動器(11)施加放電電流(IDISCHARGE)，使得所述疊堆從其第一差分電壓電平(V0)放電到其第二差分電壓電平(V1/V2)；(b)在一段時間(T1到T2)保持所述第二差分電壓電平；(c)在充電周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促動器(11)施加充電電流(ICHARGE)，使得所述疊堆從第二差分電壓電平充電到第三差分電壓電平(V3)；其中所述第三差分電壓電平根據至少兩個發動機參數來選擇，所述至少兩個發動機參數選自軌道壓力P、電脈衝時間(Ton)和壓電疊堆溫度(Temp)。
文檔編號F02D41/20GK101397962SQ20081017376
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月12日 優先權日2007年9月14日
發明者A·R·託利代, D·霍普利, P·J·斯帕達富拉 申請人:德爾菲技術公司