專利名稱：用于診斷具有壓電執(zhí)行元件的燃料噴射裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及用于診斷具有用于操作閥元件的壓電執(zhí)行元件的燃料噴射裝置的方法。
背景技術：
燃料噴射裝置尤其被用在帶燃料直接噴射的內(nèi)燃機中，它的閥元件不是電磁地而是至少間接地通過壓電執(zhí)行元件的長度變化被操作。壓電執(zhí)行元件的優(yōu)點在于其極短的開關時間以及可能的非常精確的行程調(diào)節(jié)。通過使用這種燃料噴射裝置，燃料可被極準確地引入到內(nèi)燃機的燃燒室中，這又導致有利的噴射特性和減少的燃料消耗。
因此，對于內(nèi)燃機的功能，壓電執(zhí)行元件的正確的功能至關重要，并且這又使得必須對壓電執(zhí)行元件的正確功能進行監(jiān)控。例如已公開了，在內(nèi)燃機工作期間，所使用的壓電執(zhí)行元件電容一再被測定。如果在一個確定的時間段內(nèi)，發(fā)現(xiàn)該電容的一個強的變化，則這例如表示壓電執(zhí)行元件的損壞。在這種情況下，燃料不再能夠由相應的燃料噴射裝置以所需的精確度引入該內(nèi)燃機的燃燒室中。
當燃料噴射裝置被阻塞在一個打開的狀態(tài)中時，也可被檢測到。在這種情況下，可能必需強行停止內(nèi)燃機。在識別出故障功能時，將故障登記到故障存儲器中。所存儲的故障數(shù)據(jù)可以在車間里由相應的診斷裝置讀出。裝配工人由此獲得關于所發(fā)生的故障的地點和類型的提示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于，這樣地來進一步構(gòu)造一種本文開頭所述類型的方法，使得燃料噴射裝置的診斷在“曠野”——也就是說遠離車間或相應地裝備的修理車——也能實現(xiàn)。
該任務在本文開頭所述類型的方法中被這樣解決，即，燃料噴射裝置直接與診斷裝置相連接，通過該診斷裝置將一個確定的電壓施加在該壓電執(zhí)行元件上，通過該診斷裝置求得被引入該壓電執(zhí)行元件中的電荷以及由此求得壓電執(zhí)行元件的電容。
在按照本發(fā)明的方法中，不必訪問一個故障存儲器。取而代之的是，在內(nèi)燃機的停止狀態(tài)，燃料噴射裝置直接與一個相應的診斷裝置連接，該診斷裝置嘗試將一個確定的并被預給定的電荷量引入壓電執(zhí)行元件中。然后可由實際上被引入的電荷量以一種簡單的方式和方法求得壓電執(zhí)行元件的實際的電容。該電容是對壓電執(zhí)行元件的當前的功能狀態(tài)的一個量度。該電荷例如基于實際流過的電流被求得。
這樣，了解了壓電執(zhí)行元件的當前電容，可以簡單地得到，是否是壓電執(zhí)行元件導致了所出現(xiàn)的故障。在此，對于狀態(tài)檢驗，壓電執(zhí)行元件不必被從內(nèi)燃機中拆卸出，這縮短了執(zhí)行診斷的時間。
因為—如所述地—沒有進行數(shù)據(jù)交換而僅僅只是檢驗壓電執(zhí)行元件當前的特征電學值，所以該診斷裝置可以被構(gòu)造得非常簡單并且非常小，這樣它可以到處、也可在車間之外被使用或者不求助于有修理設備的機動車地被使用。必要時也可考慮，在機動車中將一個這樣的診斷裝置集成到反正存在的車載工具中。此外，在將燃料噴射裝置安裝到內(nèi)燃機中之前還可以借助這種方法實施的入廠檢驗。
本發(fā)明的有利的進一步構(gòu)型在從屬權(quán)利要求中給出。
首先建議，診斷裝置求得電容的變化曲線。在所施加的電壓和所施加的電流的變化已知時，在考慮壓電執(zhí)行元件的功能狀態(tài)時電容的變化比電容的一個單一的絕對值更有說服力。壓電執(zhí)行元件的功能能力可以以這種方式被更好地確定。
此外有利的是，診斷裝置將所求得的電容或者所求得的電容變化曲線與至少一個參考電容或者一個參考曲線比較并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生一個信號。在該進一步構(gòu)型中，取消了使用者對結(jié)果的判讀。通過該比較，該診斷裝置同時提供了診斷結(jié)果。
為此，在一個進一步構(gòu)型中建議，基于該信號控制一個帶有至少兩種顏色的指示器，通過它來指示，所求得的電容或者變化曲線是否位于圍繞該參考電容或參考曲線的容差范圍內(nèi)。在最簡單的情況下，當使用兩種顏色時，診斷裝置給出一種可容易地識別的光提示，所檢驗的壓電執(zhí)行元件是否正?；蛘呤欠翊嬖诠收稀Ｒ赃@種方式簡化了根據(jù)本發(fā)明的方法的處理并加速了診斷。
特別有利的是，在該診斷期間所施加的電壓至少近似相應于一個這樣的變化，它出現(xiàn)在燃料噴射裝置的正常的工作中。為此，一個典型的例子是，診斷裝置向該燃料噴射裝置施加一個具有線性地上升的、一個恒定的、以及一個線性地下降的區(qū)段的電壓。在此情況下，盡管內(nèi)燃機停止，該診斷裝置也模擬出真實的工作狀態(tài)。在該情況下的診斷結(jié)果是特別具有說服力的。
本發(fā)明還涉及用于實施上述診斷方法的裝置。為了使該裝置可以盡可能小地被構(gòu)造并且低成本地被制造，建議，它具有一個電容器充電電路，該充電電路提供用于驅(qū)動該壓電執(zhí)行元件所需的能量為了驅(qū)動該壓電執(zhí)行元件需要高的電壓和相對高的電流。因為對于壓電執(zhí)行元件的狀態(tài)診斷不需要持續(xù)、重復地驅(qū)動壓電執(zhí)行元件，而是在一個確定的時間段內(nèi)的一次驅(qū)動就足夠了，所以一個提供用于驅(qū)動壓電執(zhí)行元件所需能量的電容器充電電路提供了一種簡單的、節(jié)省空間的并且廉價的可能性。在機動車的情況下，該用于對電容器充電電路的電容器充電的能量例如可由12V-車用蓄電池、230V-電網(wǎng)電源、或者例如也可由光電的設備來提供。
在此，特別有利的是，該電容器充電電路是一個商業(yè)上通常的電路，如用于閃光裝置或類似裝置的電路。在這種情況下，該裝置特別便宜。
在此，還特別有利的是，該裝置構(gòu)成一個獨立的結(jié)構(gòu)單元。這意味著，能量供給、信號提供、光的或聲的指示以及分析電路被設置在一個緊湊的殼體中。這進一步使得處理變得容易。
按照本發(fā)明的裝置的應用通過這樣的方式變得容易，即它包括一個連接裝置，該連接裝置與在燃料噴射裝置或者內(nèi)燃機上的連接裝置是互補的。為了使用本發(fā)明的裝置，例如將一個機動車側(cè)的插頭由燃料噴射裝置抽出并取而代之將本發(fā)明的診斷裝置的插頭與燃料噴射裝置連接就足夠了。
也建議，該裝置具有一個用于PC連接的接口。由此，能夠借助于本發(fā)明的裝置必要時實施另外的自動化的檢驗，這些檢驗在該PC上被編程。診斷結(jié)果的分析也可以以這種方式更精密地進行。有利地，使用筆記本電腦或平板電腦作為PC。


下面參照所附的附圖詳細說明本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例。在附圖中示出圖1具有帶壓電執(zhí)行元件的燃料噴射裝置的內(nèi)燃機的示意圖，以及一個診斷裝置的示意圖；圖2一個曲線圖，在其中描繪了電壓和電流與時間的關系，該電壓和電流被施加在圖中的壓電執(zhí)行元件上；以及圖3圖1的診斷裝置的簡化的示意性電路框圖。
具體實施例方式
圖1中，內(nèi)燃機總地具有參考標號10。它用于驅(qū)動一個機動車，該機動車在圖1中也像內(nèi)燃機10一樣僅僅通過點劃線來表示并且具有參考標號12。一個燃料系統(tǒng)14屬于該內(nèi)燃機10。該系統(tǒng)包括一個燃料容器16，一個輸送裝置18將燃料由該燃料容器輸送給一個燃料蓄壓管20。該燃料蓄壓管也被稱為“軌”，并且所述燃料在高壓下被存儲于其中。
多個燃料噴射裝置22被連接在該燃料蓄壓管20上。它們直接將燃料噴射到分別配置給它們的燃燒室24中。出于描繪的原因僅示出了一個燃料噴射裝置22和一個燃燒室24。該燃料噴射裝置22包括一個在圖中不可見的閥元件，該閥元件視狀態(tài)而定地釋放燃料出口(未示出)，燃料可通過這些出口由燃料噴射裝置22到達燃燒室24。閥元件的狀態(tài)受壓電執(zhí)行元件26的當前長度的影響。該長度根據(jù)被引入其中的電荷而改變。為此，壓電執(zhí)行元件26通過一個被裝在該燃料噴射裝置22上的插座27和一個插頭29與一個控制及調(diào)整裝置28相連接。
為了內(nèi)燃機10的運行，壓電執(zhí)行元件26的正確的功能意義重大。只有當壓電執(zhí)行元件26正確工作時，燃料噴射裝置22才將所需量的燃料噴射到燃燒室24中。內(nèi)燃機10的噴射特性和燃料消耗因此與壓電執(zhí)行元件26的正確的功能相關。
在內(nèi)燃機10的運行期間，壓電執(zhí)行元件26的功能一再由控制及調(diào)整裝置28監(jiān)控。在出現(xiàn)故障的情況下，在控制及調(diào)整裝置28的故障存儲器中進行一個登記和/或該內(nèi)燃機10被切換到應急運行或者甚至徹底地停止。在故障存儲器中的登記例如可以在車間或由流動的服務車通過診斷裝置被讀出，該診斷裝置被連接到控制及調(diào)整裝置28上。但是這樣的診斷裝置又大又重并且因此不易于移動。此外，由于成本高的電子設備，它相比而言比較貴。
為了即使在半路上、遠離車間或者服務車也能夠進行燃料噴射裝置22的、以及特別是壓電執(zhí)行元件26的狀態(tài)診斷，該燃料噴射裝置22具有一個直接與壓電執(zhí)行元件26相連接的插座30，一個小的、可移動的診斷裝置34的一個插頭32可被插入其中。該插頭32通過一個電線36與該診斷裝置34相連接。在一個未被示出的實施例中，取消了該單獨的插座30。取而代之的是，該插頭29從插座27中撥出并且該診斷裝置34的插頭32取而代之地被插入插座27中，控制-及調(diào)整裝置28借助所述插頭29與插座27相連接。
為了壓電執(zhí)行元件26的診斷，由診斷裝置34施加一個電流I到壓電執(zhí)行元件26上并且求得在電容器上產(chǎn)生的電壓U。相應的曲線U在圖2中被示出。可以看出，壓電執(zhí)行元件26上的電壓U在正常情況下首先具有一個線性上升的區(qū)段，接著是具有不變的電壓的區(qū)段，最后是一個線性下降的區(qū)段。這大致相應于在內(nèi)燃機10的正常運行中壓電執(zhí)行元件26的梯形的驅(qū)動。最大所達到的電壓水平以及這些側(cè)邊的斜率也至少大致相應于在噴射過程期間壓電執(zhí)行元件26的通常的驅(qū)動。
在電壓U的上升期間流過恒定的電流I(圖2中的虛線)。由于上升的電壓U引起壓電執(zhí)行元件26的長度變化，它會導致在內(nèi)燃機10的運行中燃料的噴射。為了不使內(nèi)燃機10受到由于診斷造成的損害，該診斷因此只在內(nèi)燃機10停止時實施。在診斷裝置34中計算所流過的電流I在時間t上的積分。該積分等于被引入壓電執(zhí)行元件26的電荷Q。如果該電荷Q被電壓U除，則得到壓電執(zhí)行元件26的電容C。
壓電執(zhí)行元件26的電容C是壓電執(zhí)行元件26的功能狀態(tài)的一個重要的參數(shù)。例如如果出現(xiàn)壓電執(zhí)行元件26的破裂，這會引起電容C的明顯的變化。這可以通過使用診斷裝置34來識別。在最簡單的情況下，所求得的電容C作為數(shù)值由診斷裝置34給出。借助于該數(shù)值使用者則可自己判斷，壓電執(zhí)行元件26正?；虿徽！５且部赡艿氖?，診斷裝置自動地將所檢測的電容在一個相應的分析電路中與一個上限值和一個下限值進行比較。
如果所求得的電容C在這兩個極限值之間的區(qū)域中，則在診斷裝置34上一個綠燈38發(fā)光。通過它指示，壓電執(zhí)行元件26正常。如果所求得的電容C幾乎在這些極限值之一的附近，則在診斷裝置34上一個黃燈40發(fā)光，通過它指示壓電執(zhí)行元件26雖然不是完全損壞，但是可以看出它顯然不再完全滿足規(guī)范。相反，如果電容C清楚地在這兩個極限值所定義的范圍之外，則在診斷裝置34上的一個紅燈42發(fā)光，這向使用者指示壓電執(zhí)行元件26有故障了。
如由圖3可知，診斷裝置34的結(jié)構(gòu)極簡單，因為使用一個商業(yè)上通常的電容器充電電路44用于提供供電電壓和供電電流，為了診斷，該供電電壓或者該供電電流被施加在或流過壓電執(zhí)行元件26?？赡艿氖抢缡褂肔T3420型電容器充電電路(線性技術雜志，2002年5月)，它通常被使用來對照相機的氙閃光裝置提供觸發(fā)能量并且具有一個220μF電容的電容器，該電容器可以在3.5秒內(nèi)以5V的輸入電壓由50v被充電至320v。
因為在本診斷裝置34中——不像在照相機的閃光裝置中——壓電執(zhí)行元件26不僅必須被充電而且必須又被放電，所以診斷裝置34的在圖3中所示的電子電路不僅具有一個被觸發(fā)的充電信號46，而且具有一個用于恒定電流的放電回路48。充電或者放電過程的控制通過一個運算放大器50以及兩個施密特觸發(fā)器52和54來進行。為了能夠控制在診斷裝置34中的診斷流程，將一個帶有A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器集成于該診斷裝置中。為連接到一個PC、尤其是一個筆記本電腦上，該診斷裝置34也具有一個相應的接口56(參見圖1)。
在圖3中所示的電路通過端子58供給電流。這里，可能的是通過一個被安裝入的蓄電池、電池、一個與機動車12的車載電網(wǎng)的連接、一個與230V電網(wǎng)電壓的連接或者是通過光電轉(zhuǎn)換器供給電流。一個與端子58連接的DC/DC轉(zhuǎn)換器60對放大回路或者例如指示器38至42提供能量。
在圖1至3中所示的實施例中，示出了一種診斷裝置34，它本身用于診斷一個被安裝在機動車12中的燃料噴射裝置22。但是，原則上，所建議的方法和所建議的診斷裝置34也可在將燃料噴射裝置22安裝到內(nèi)燃機10或機動車12中之前被使用在機動車制造方，用于所供應的燃料噴射裝置22的入廠檢驗。因此，可以避免，有故障的燃料噴射裝置22被安裝到內(nèi)燃機10或機動車12中。
診斷裝置34的結(jié)構(gòu)很緊湊并且由此可以是機動車12的車載工具的組成部分。它在一個共同的殼體中包括所述電源、所有的轉(zhuǎn)換器、一個分析電路、一個控制處理器及一個指示處理器以及指示器38至42、或替代或附加的LCD顯示器、以及連接電線36和插頭32。
權(quán)利要求
1.用于診斷燃料噴射裝置(22)的方法，該燃料噴射裝置具有一個用于操作一個閥元件的壓電執(zhí)行元件(26)，其特征在于，該燃料噴射裝置(22)直接與一個診斷裝置(34)相連接，通過該診斷裝置(34)將一個確定的電壓(U)施加在該壓電執(zhí)行元件(26)上，并且通過該診斷裝置(34)求得被引入該壓電執(zhí)行元件(26)中的電荷(Q)以及由此求得該壓電執(zhí)行元件(26)的電容(C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該診斷裝置(34)求得該電容(C)的一個變化曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該診斷裝置(34)將所求得的電容(C)或者所求得的電容變化曲線與至少一個參考電容或者一個參考曲線進行比較并且根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生一個信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，基于該信號控制一個帶有至少兩種顏色的光學指示器(38，40，42)，通過它來指示，所求得的電容(C)或者變化曲線是否位于圍繞該參考電容或參考曲線的一個容差范圍內(nèi)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在該診斷期間所施加的電壓(U)至少近似等于一個這樣的電壓(U)，它在該燃料噴射裝置(22)的正常的工作中出現(xiàn)。
6.用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求之一的診斷方法的裝置(34)，其特征在于，它具有一個電容器充電電路(44)，該電容器充電電路提供用于驅(qū)動該壓電執(zhí)行元件(26)所需的能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置(34)，其特征在于，該電容器充電電路是一個商業(yè)上通常的電路(44)，如用于閃光裝置或類似裝置的電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置(34)，其特征在于，它構(gòu)成一個獨立的結(jié)構(gòu)單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一的裝置(34)，其特征在于，它包括一個連接裝置(32)，該連接裝置與在該燃料噴射裝置(22)上的一個連接裝置(30)是互補的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一的裝置(34)，其特征在于，該裝置具有一個用于PC連接的接口(56)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于診斷燃料噴射裝置(22)的方法，該燃料噴射裝置具有一個用于操作一個閥元件的壓電執(zhí)行元件(26)。建議，該燃料噴射裝置(22)直接與一個診斷裝置(34)相連接，通過該診斷裝置(34)將一個確定的電壓(U)施加在該壓電執(zhí)行元件(26)上，并且通過該診斷裝置(34)求得被引入該壓電執(zhí)行元件(26)中的電荷(Q)以及由此求得該壓電執(zhí)行元件(26)的電容(C)。
文檔編號F02D41/22GK1871429SQ200480031407
公開日2006年11月29日 申請日期2004年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者烏爾里希·朔爾, 凱·祖特爾 申請人:羅伯特·博世有限公司