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本发明涉及喷射控制系统。一种操作包括具有压电元件的叠堆(9)的压电促动器(11)的燃料喷射器(12a，12b)的方法，其中在使用中所述喷射器与燃料轨道连通，该方法包括：(a)在放电周期(T0到T1)向所述促动器(11)施加放电电流(IDISCHARGE)，使得所述叠堆从其第一差分电压电平(V0)放电到其第二差分电压电平(V1/V2)；(b)在一段时间(T1到T2)保持所述第二差分电压电平；(c)在充电周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促动器(11)施加充电电流(ICHARGE)，使得所述叠堆从第二差分电压电平充电到第三差分电压电平(V3)；其中所述第三差分电压电平根据至少两个发动机参数来选择，所述至少两个发动机参数选自：轨道压力P、电脉冲时间(Ton)和压电叠堆温度(Temp)。

1.  一种操作燃料喷射器(12a，12b)的方法，该燃料喷射器包括具有压电元件的叠堆(9)的压电促动器(11)，其中，在使用中所述喷射器与燃料轨道连通，该方法包括：
(a)在放电周期(T0到T1)向所述促动器(11)施加放电电流(I_DISCHARGE)，以便将所述叠堆从其两端的第一差分电压电平(V₀)放电到其两端的第二差分电压电平(V₁/V₂)；
(b)在一段时间(T1到T2，“保压周期”)保持所述第二差分电压电平；以及
(c)在充电周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促动器(11)施加充电电流(I_CHARGE)，以便将所述叠堆从第二差分电压电平充电到第三差分电压电平(V₃)；其中，所述第三差分电压电平是根据至少两个发动机参数来选择的，所述至少两个发动机参数选自：燃料轨道中的燃料压力(轨道压力，P)、电脉冲时间(T_on)和压电叠堆温度(Temp)。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少两个发动机参数的步骤包括测量所述至少两个发动机参数：
(1)在所述放电周期开始之前；和/或
(2)在放电周期(T0到T1)期间；和/或
(3)在保压周期(T1到T2)期间。

3.  根据权利要求1或2所述方法，其中，所述第三差分电压电平(V₃)根据至少轨道压力(P)和所述电脉冲时间(T_on)来选择。

4.  根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述第三差分电压电平(V₃)是轨道压力(P)、所述电脉冲时间(T_on)和压电叠堆温度的函数(V₃＝f(P，T_on，Temp))。

5.  根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述第三差分电压电平(V₃)选自一个或多个基于校准数据的查找表、数据图、方程或比例函数。

6.  根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，利用被设置成测量轨道内燃料压力的压力传感器来测量所述轨道压力(P)。

7.  根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，电脉冲时间(T_on)被确定为发动机负载、发动机速度和节气门位置中的一个或多个的函数。

8.  根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，步骤(c)由驱动电路(20a)控制，所述驱动电路包括处于电压V_HI的高压轨道、处于电压V_LO的低压轨道，其中，所述高压轨道和所述低压轨道可连接到压电促动器(11)的相应端子；并且，其中所述压电促动器的第三差分电压(V₃)是所述V_HI和V_LO之间的电压差分。

9.  根据权利要求8所述的方法，其中，驱动电路(20a)包括控制所述高压轨道的电压(V_HI)的装置；并且其中，在根据所述至少两个发动机参数选择所述第三差分电压电平(V₃)之后，控制所述高压轨道的电压以得到选择的第三差分电压电平。

10.  根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，通过以下步骤来选择目标第三差分电压电平(V₃)：从使轨道压力和电脉冲时间(T_on)与期望的第三差分电压电平相关的数据图获得第一输出；通过将基于压电叠堆温度的比例函数应用于所述第一输出来获得第二输出；其中，所述第二输出涉及所述目标第三差分电压电平。

11.  根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，通过以下步骤来选择目标第三差分电压电平(V₃)：从使轨道压力(P)和电脉冲时间(T_on)与期望的第三差分电压电平相关的第一数据图获得第一输出；从使叠堆温度和所述第一输出与期望的第三差分电压电平相关的第二数据图获得第二输出；其中，所述第二输出涉及所述目标第三差分电压电平。

12.  根据权利要求10或11所述的方法，其中，第一和第二输出相应于权利要求8或权利要求9中的所述高压轨道的电压(V_HI)。

13.  根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中，步骤(c)还包括以下步骤：
(b1)重复步骤(a)和(b)；
(b2)在充电周期(T2到T3′)向促动器(11)施加充电电流(I_CHARGE)，以便将所述叠堆从所述第二差分电压电平充电到中间差分电压电平(V_3′)，其中所述中间差分电压电平是处于所述第一(V₀)和第三(V₃)差分电压电平之间的电平；以及
(b3)重复步骤(b1)和(b2)直到所述中间差分电压电平(V_3′)基本上等于所述第三差分电压电平(V₃)为止；并且其中采用在前面步骤(b2)中得到的所述中间差分电压电平(V_3′)作为在相继步骤(b1)中的所述第一差分电压电平。

14.  根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，该方法还包括应用下述中的至少一个：
(i)放电电流补偿，以选择在步骤(a)中用于对所述叠堆放电的所述放电电流(I_DISCHARGE)；
(ii)充电电流补偿，以选择在步骤(c)中用于对所述叠堆充电的所述充电电流(I_CHARGE)；和
(iii)打开放电补偿，以选择从所述叠堆去除的电荷量，以得到步骤(b)中的所述第二差分电压电平(V₁/V₂)。

15.  根据权利要求14所述的方法，其中，所述放电电流补偿、所述充电电流补偿和所述打开放电补偿均根据选自轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)和所述第一差分电压电平(V₀)的至少一个发动机参数来确定。

16.  根据权利要求1至15中的任一项所述的方法，该方法包括应用：
(i)放电电流补偿，以选择在步骤(a)中用于对所述叠堆放电的所述放电电流(I_DISCHARGE)；
(ii)充电电流补偿，以选择在步骤(c)中用于对所述叠堆充电的所述充电电流(I_CHARGE)；和
(iii)打开放电补偿，以选择从所述叠堆去除的电荷量，以得到步骤(b)中的所述第二差分电压电平(V₁/V₂)；
其中，所述放电电流补偿、所述充电电流补偿和所述打开放电补偿均被独立地确定作为轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)和所述第一差分电压电平(V₀)的函数。

17.  一种用于燃料喷射器(12a，12b)的驱动电路，所述燃料喷射器包括压电促动器(11)，所述压电促动器具有压电元件的叠堆(9)，所述驱动装置包括：
(A)第一一个或多个元件，用于在放电周期(T0到T1)向所述促动器(11)施加放电电流(I_DISCHARGE)，以便将所述叠堆从其两端的第一差分电压电平(V₀)放电到其两端的第二差分电压电平(V₁/V₂)；
(B)第二一个或多个元件，用于在一段时间(T1到T2)保持所述第二差分电压电平；
(C)第三一个或多个元件，用于在充电周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促动器(11)施加充电电流(I_CHARGE)，以便将所述叠堆从第二差分电压电平(V₁/V₂)充电到第三差分电压电平(V₃)；和
(D)第四一个或多个元件，用于在向促动器(11)施加所述充电电流(I_CHARGE)之前确定至少两个发动机参数，以便根据所述至少两个发动机参数来选择所述叠堆(9)被充电到的第三差分电压电平(V₃)；且其中所述至少两个发动机参数选自：燃料轨道中的燃料压力(轨道压力，P)、电脉冲时间(T_on)和压电叠堆温度(Temp)。

18.  根据权利要求17所述的驱动电路，其中，所述叠堆(9)被充电到的所述第三差分电压电平(V₃)被选择作为轨道压力(P)、所述电脉冲时间(T_on)和压电叠堆温度(Temp)的函数。

19.  根据权利要求17或18所述的驱动电路，该驱动电路还包括：
(E)第五一个或多个元件，用于应用放电电流补偿来选择用于对所述叠堆放电的所述放电电流(I_DISCHARGE)；和/或
(F)第六一个或多个元件，用于应用充电电流补偿来选择用于对所述叠堆充电的所述充电电流(I_CHARGE)；和/或
(G)第七一个或多个元件，用于应用打开放电补偿来选择从所述叠堆去除的电荷量，以得到所述第二差分电压(V₁/V₂)；和
(H)第八一个或多个元件，用于在应用所述放电电流补偿、所述充电电流补偿和所述打开放电补偿中的任何一个之前确定至少一个发动机参数；且其中所述至少一个发动机参数选自：轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)和所述第一差分电压电平(V₀)。

20.  根据权利要求19所述的驱动电路，其中，所述放电电流补偿、所述充电电流补偿和所述打开放电补偿均被独立地确定作为轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)和所述第一差分电压电平(V₀)的函数。

21.  一种计算机程序产品，包括至少一个计算程序软件部分，当其在运行环境下执行时，该至少一个计算程序软件部分用于执行权利要求1到16中的任一项的方法。

22.  一种数据存储介质，具有存储在其上的权利要求21的所述或每个计算机软件部分。

23.  一种微型计算机，其配置有权利要求22的数据存储介质。

喷射控制系统
技术领域
本发明涉及一种操作压电燃料喷射器的方法。本发明尤其涉及一种操作压电燃料喷射器以改善其工作寿命和保持燃料喷射量精度的方法。
背景技术
在内燃机中，已知的是利用燃料喷射器将燃料输入发动机的气缸。一种允许对燃料供给精确测量的燃料喷射器称作“压电喷射器”。典型地，压电喷射器包括压电促动器(piezoelectric actuator)，其可操作地，直接或间接地控制阀针在喷射和非喷射的状态之间运动。阀针结合阀针座来控制通过喷射器喷嘴中的一个或多个出口的燃料供给。液压放大器可设置于促动器和阀针之间，从而通过促动器的轴向运动引起放大的阀针的轴向运动。EP0995901中描述了上述类型的压电喷射器的实例。
压电促动器包括压电元件叠堆(stack)，其总体上电学上等效于具有特定容量的电容器。应用于压电叠堆的电压的变化改变了叠堆上储存的电荷量(也称作“激励电平”)，因此，改变了压电叠堆的轴向长度。通过叠堆长度的变化和由此带来的阀针相对于座的位置的变化，来控制通过燃料喷射器的燃料量。这样，压电燃料喷射器就具备了精确地测量少量燃料的能力。在共同待审的欧洲专利申请EP1174615中描述了一种已知的上述类型的压电操作燃料喷射器。
压电促动器上应用和去除的电荷的量可通过一种或两种方式来控制。一种电荷控制方法中，在一段时间，施加或中断压电促动器的电流，以便分别地增加或去除叠堆所需电荷。可替换地，在电压控制方法中，施加或中断压电促动器的电流，直到压电促动器的电压到达所需的(预定的)差分电压电平。无论怎样，当压电促动器上的电荷水平变化时，压电促动器的电压也会变化(反之亦然)。
典型地，发动机具有多个燃料喷射器，其按照一个或多个燃料喷射器为一组的形式组合在一起。如EP1400676中所述，每组喷射器具有各自的控制喷射操作的驱动电路。所述电路包括例如可提高电源产生的电压的变压器(例如，从12伏到更高的电压)的电源，和可储存电荷、及能量的存储电容器。将更高的电压应用到存储电容器，其用作在每个喷射活动中，压电燃料喷射器充电和放电的电源。在WO2005/028836A1中描述了改进的驱动电路，该电路不需要专门的电源，例如变压器。
为了开始燃料喷射，可利用驱动电路来引起促动器端子的差分电压从高电压向相对低的电压转换，在高电压处燃料不发生燃料供给，在相对低的电压处，发生燃料供给。响应于这种“驱动波形”的喷射器称作“去激励(de-energise)喷射”喷射器。因此，当这种去激励喷射喷射器处于未喷射的状态时，喷射器压电促动器上的电压相对较高；反之，在喷射状态时，促动器上的电压相对较低。一般的，由于每个燃料喷射活动相对很快，压电促动器在其运行寿命内的大约95％是处于完全激励的。
然而，可以意识到的是，在促动器操作周期的相对长的一部分内，这样高的电压用在压电促动器，会引起压电叠堆的退化(“老化”)，引起其机械特性和/或电特性及由此带来的喷射器有效寿命(耐久性)和性能的变化。这些问题可部分地归咎于在非喷射状态的较高的差分电压下，压电促动器上施加的较高的应力水平。可以推测，促动器端子的高压会鼓励各种离子通过促动器保护封装渗透到促动器。无论如何，任何可导致燃料供给体积的不准确都将最终影响燃烧效率并导致差的燃料经济性和增加废气排放。
由此，本发明期望的是提供一种压电促动器控制的燃料喷射器，其不会在如此高比例的运行周期内承受较高的差分电压，通过这样方式可提高喷射器的工作寿命并有利地保持燃料喷射量的精度。
本发明其它优点是提供一种操作压电促动器控制的燃料喷射器的方法，通过该方法可延长喷射器寿命，并增强或保持其供给可预定的和精确的燃料喷射量。
因此，本发明涉及一种操作压电燃料喷射器的方法以便克服或至少缓减上述问题中的一种。
发明内容
在广义上说来，本发明提供操作压电促动器控制的燃料喷射器的方法，这样可降低压电促动器(piezoelectric actuator)被暴露到的高差分电压(相对于传统的压电喷射器)，和/或减小促动器暴露于高差分电压的时间长度。本发明的方法还提高了喷射器的工作寿命，和/或保持或提高了燃料喷射量的精度。
因此，第一方面，本发明提供了一种操作燃料喷射器的方法，该燃料喷射器包括具有压电叠堆的压电促动器，其中，在使用中，燃料喷射器与燃料轨道连通；该方法包括：(a)在放电周期(T0到T1)向所述促动器施加放电电流(I_DISCHARGE)，使得所述叠堆从所述叠堆两端的第一差分电压电平(V₀)放电到所述叠堆两端的第二差分电压电平(V₁/V₂)(以便开始喷射活动)；(b)在一段时间(T1到T2；“保压周期(dwell period)”)保持所述第二差分电压电平(在此期间，保持喷射活动)；和(c)在充电周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促动器施加充电电流(I_CHARGE)，使得所述叠堆从第二差分电压电平充电到第三差分电压电平(V₃)(以便结束喷射活动)；其中，所述第三差分电压电平(V₃)是根据至少两个发动机参数来选择的，所述至少两个发动机参数选自：燃料轨道中的燃料压力(称作“轨道压力”，或“P”)；T_on(燃料喷射活动的工作时间(on-time))；和压电叠堆温度(Temp)。
最合适地，喷射器是去激励喷射喷射器，其中燃料喷射器是由压电促动器的放电来触发的。有利地，在向促动器施加充电电流(I_CHARGE)之前，确定所述至少两个发动机参数。确定所述至少两个发动机参数的步骤可包括测量或估计。有利地，所述参数通过测量来确定。
如上所述，典型的，喷射器包括阀针，该阀针通过压电促动器可操作地与阀针座接合和释放，从而控制燃料喷入发动机。在同样的条件下，压电促动器上的差分电压电平确定了其长度。促动器上的差分电压等于连接在压电促动器的两端子的每一个的电压的差值，这样，如果一个端子连接在250V的电压源而另一个端子连接在50V的电压源，那么该差分电压电平就是200V。
在一个实施例中，叠堆从第二差分电压电平到第三差分电压电平(V₃)充电的步骤由驱动电路来控制，该电路包括处于电压V_HI的高压轨道(rail)和处于电压V_LO的低压轨道，它们可与压电促动器的相应端子连接。
驱动电路合适地包括对高压或“顶部”轨道充电的机构，该机构用来对促动器(反复)充电(即，激励)。如果顶部轨道和压电促动器连接了足够的时间段，那么促动器上的差分电压就会与V_HI和V_LO的差值相平衡。因此，顶部轨道设置促动器的最大电压，而提供低压或“底部”轨道设置促动器的最小电压。出于充电和放电目的在驱动电路里方便地设置开关以控制顶部轨道和底部轨道之间的促动器的连接。驱动电路还包括两个存储电容器，其分别地用于充电和放电压电促动器。设置第一存储电容器，其中可通过从第一存储电容器除去电荷来减小高压轨道的电压。
方便地，驱动电路包括或安装了，例如来自发动机控制单元(ECU)的电压源或电源(V_S)，其可方便地从一般12V的发动机电池逐步提高到，例如50V到60V之间。有利的是，利用驱动电路来控制压电促动器的充电和放电，这样，可动态地控制相关联的压电燃料喷射器。在一个实施例中，这样的控制是通过利用两个存储电容器来实现的，这些电容器交替地连接到燃料喷射器装置/电子电路。方便地，在充电阶段，第一存储电容器与喷射器装置连接，其结束喷射活动；而在放电阶段，第二存储电容器与喷射器装置连接，从而启动喷射活动。在充电阶段(T2到T3；T2到T3′)结束时并且在随后的放电阶段(T0到T1)之前，可利用再生开关补充第一存储电容器并通过顶部轨道允许重新建立带电促动器的高压。
一般的，发动机包括多个燃料喷射器，因此，本发明所述的方法可用来在同一时间内操作发动机内的多个燃料喷射器。另外，在使用中，在发动机连续运转周期内，发动机燃料喷射器通常提供一次以上的燃料喷射活动：例如，根据发动机的速度和/或负荷，每个喷射器在每秒可提供一次或多次喷射(例如每秒喷射1、2、3或4次)。因此，可以理解的是，上述步骤(a)到(c)涉及单个燃料喷射活动(或一个燃料喷射“循环”)和典型地燃料喷射器的操作的步骤，以及最后利用本发明所述方法的发动机可包括多个这样的燃料喷射循环/动作。因此，在按照本发明所述方法操作燃料喷射器并且存在至少两个连续燃料喷射活动的情况下，可以理解的是，上述在先燃料喷射活动的“第三差分电压电平”(V₃)也可方便地表示上述紧接在后的燃料喷射活动的“第一差分电压电平”(V₀)。
通过基于与燃料喷射活动相关的至少两个发动机参数来选择第三差分电压电平，当喷射器保持关闭时，保持在相邻喷射之间的压电促动器所处的电压，可以被选择为最小化压电促动器上的电荷，而不损害喷射器在需要的时刻提供精确的燃料喷射量的能力。
在一个实施例中，确定至少两个发动机参数的步骤包括测量或估计被选择的参数：(1)在放电周期开始之前；和/或(2)在放电周期(T0到T1)期间；和/或(3)在保压周期(T1到T2)期间。因此，每个相关的发动机参数可在燃料喷射循环的不同的周期(或间隔)确定；在上述(1)到(3)的周期中的一个以上期间，或者两个或更多个参数可在相同的间隔内确定。例如，轨道压力和T_on可先于充电周期的开始来确定，叠堆温度可以在放电周期期间确定。然而，在每种情况下，在步骤(c)中，相关发动机参数先于随后的充电周期来确定。
适当地，所述至少两个发动机参数是轨道压力和T_on。在有利实施例中，第三差分电压电平(V₃)依靠轨道压力、T_on和压电叠堆温度这三个参数来选择。因此，第三差分电压电平有利地作为轨道压力、T_on和压电叠堆温度的函数来选择(例如，V₃＝f(P，T_on，Temp))。操作和/或解释确定的发动机参数来输出第三差分电压电平的装置可统称为“数据比较装置”。数据比较装置可以是任何合适的系统或系统的组合，例如，一个或多个查找表、数据图、比例函数(scalefunction)、方程等。
公认的是，在相对高的轨道压力下，与在较低的轨道压力下得到相同的阀针的提升量相比，就需要更大的促动器位移，因为关闭喷射器阀针的力随着轨道中的压力在增加。因此在相对低的轨道压力下，在不损害阀针提升和随后燃料喷射活动的情况下，可以降低在激励状态下的促动器两端的绝对电压。因此，采用一种方式，通过根据发动机燃料轨道中的燃料压力来选择促动器的激励电平(即，第三差分电压电平)，当促动器处于激励(非喷射)状态时，运行本发明的方法来降低在燃料喷射器中的压电促动器两端的电压，这样允许更有效地操作喷射器且不损害会破坏喷射器运行的针阀的提升。更详细地，如果轨道压力相对较低，发动机不需要喷射大的燃料量并且压电促动器只需很少的放电就能得到所需小的针的位移和小的燃料喷射量。因此，为了燃料喷射的大的差分电压降，压电促动器无需保持在高的差分电压电平；并且因此，在前面的燃料喷射活动之后，可以对喷射器的压电促动器再次充电以达到第三差分电压电平(V₃)，该电压电平低于在前面的燃料喷射活动之前叠堆上的差分电压电平(即，第一差分电压电平V₀)。在这样的环境下，通过降低在压电叠堆上的电压差，在非喷射状态时，降低了促动器应力，这样有益于喷射器的寿命。另外，当叠堆上有较低的电压降时，也易于降低离子物质通过保护性促动器封装渗透到促动器中。相反地，例如，在发动机怠速的时期之后，轨道压力可快速增加，因此选择的第三差分电压电平(V₃)可能会高于第一差分电压电平。由此，在激励状态下，在一定程度上，选择的促动器的差分电压电平可能与轨道压力成比例。
方便地，参照压电促动器的激励电平/状态(或“充电电平”，V_CHARGE)，可以理解的是，对于本发明的目的而言，压电促动器的激励电平可认为既包括第一差分电压电平又包括第三差分电压电平。本发明的一个目的是将燃料喷射器的压电促动器的激励电平保持在尽可能低的差分电压达尽可能长的操作周期持续时间。适当地，该差分电压低于250V，或低于200V；有利地，其在200V到150V的范围之内，或在200V到100V的范围之内。更有利的，本发明的方法的目的是，将促动器的充电电平在燃料喷射器被激活的大部分时间(即，在该时间的至少50％或在该时间)内保持在180V到100V的范围，或保持在150V到100V的范围。
另外按照轨道压力来选择第三差分电压电平，第三差分电压电平作为下一个(随后的)燃料喷射活动的预定电脉冲时间(T_on)的函数可以被改变。电脉冲时间通常认为是燃料喷射活动发生的时间周期，并且(在非激励燃料喷射器中)它由放电周期(T0到T2)组成，其包括促动器的放电阶段(T0到T1)和保压周期(T1到T2)。
有益地，本发明的方法考虑了下一个燃料喷射活动的预定T_on，以在前面的(或当前的)喷射活动之前或期间来指定/选择压电促动器的期望的充电电平(即，上述第三差分电压电平)。本实施例提供了发动机处于怠速期间的具体的优势，因此，为了保持发动机低速运行，很短的持续时间仅需要有限的针阀提升量，促动器两端的被激励的差分电压可降到最低电平，该电平是足够保证针阀提升所需的少量充电电荷的。此外，由于(在一些操作条件下)发动机在运行期间的大部分是处于怠速，因此本发明可在其整个运行寿命过程中优化压电促动器的电压控制。
基于发动机负荷、发动机速度和/或节气门位置来确定下一个燃料喷射活动的T_on的范围，第三差分电压电平作为发动机负荷、发动机速度或节气门位置或这些发动机参数中的一个以上的组合的函数来变化。
另一个实施例中，第三差分电压电平可作为叠堆温度的函数来选择。由于许多原因，叠堆温度可以是相关的发动机参数，例如：在一些运行温度下，压电叠堆被施以增大的应力，这意味着叠堆长度上的大的和/或快速的变化会增加破坏叠堆的可能性，并且压电叠堆的容量可受其温度的直接影响。因此，如果叠堆温度已知，则可用温度依赖方式来控制燃料喷射器，由此，在发动机起动时(例如，当促动器可能相对冷的时候)和发动机运行延长时(例如当促动器可能相对热的时候)，提供精确且可预测的燃料计量，并帮助延长促动器的寿命。在一定程度上，促动器在其激励状态的差分电压电平可与叠堆温度成反比地来选择，因为叠堆更容易被高温时的长度的变化破坏。在一些操作条件下，压电叠堆在高温时相比其在低温时对电荷电平的变化反应更加迅速，并且因此来调节电荷的变化量。
共同未决的申请EP1811164中描述了一种方法，通过这样的方法可以确定(测量或估计)压电促动器的叠堆温度，该方法合并于此作为参考。在一个实施例中，压电叠堆的温度可在运行期间直接地测量。然而，由于燃料喷射器促动器的封装，用间接的方式来测量运行期间叠堆的温度可能更加方便，例如，在发动机校准期间，基于测量和/或计算和/或模拟的发动机参数值来得到。
合适地，第三差分电压电平可通过一个或多个基于校准数据的查找表、数据图、方程或比例函数来选择。在车辆燃料喷射系统的供给和/或配备之前，校准可由发动机/系统制造商方便地实现。
第三差分电压电平可以是所述至少两个发动机参数的步进变化(step-change)函数或可以是所述至少两个发动机参数的线性函数。
在有利的实施例中，第三差分电压电平是利用数据比较装置来选择的，例如，与T_on和轨道压力有关的数据图、查找表、比例函数或方程。合适地，数据比较装置是基于T_on和轨道压力的数据图或查找表。在一个实施例中，利用T_on与数据图形式的轨道压力一起来得到第三差分电压电平的输出。作为示例，在轨道压力和T_on都处于或接近它们的最小值时，第三差分电压电平可被选择为最小的合适电平。
可替换地，在便利实施例中，所述输出可以由更间接的方式提供第三差分电压电平，即通过提供顶部轨道电压的值以得到所需的第三差分电压电平，该值应该被施加到压电促动器的一个端子(假设在第二个促动器端子的低压电平是已知的)。在这点上，本领域技术人员可以理解的是，压电促动器的差分电压就是连接在两个促动器端子的每个上的电压电平之间的差值。
在还考虑叠堆温度时，与T_on和轨道压力相关的数据图、查找表或比例函数的输出可被输入到另一个数据比较装置中，例如和压电叠堆温度有关的比例函数，或数据图。由此，在一个有益的实施例中，选择第三差分电压电平的过程包括：从与轨道压力和T_on相关的数据图得到第一输出；通过将基于叠堆温度的比例函数施加到第一输出来得到第二输出；并且其中，第二输出相应于所需的第三差分电压电平。在另一个合适地实施例中，选择第三差分电压电平的过程包括：从与轨道压力和T_on相关的数据图得到第一输出；从将叠堆温度与第一输出相关的数据图得到第二输出；并且其中，第二输出相应于所需的第三差分电压电平。可替换地，为了得到期望的第三差分电压电平，第二输出相应于连接到压电促动器的所需顶部轨道电压。
在另一个实施例中，第三差分电压电平可按以下步骤来选择：应用三个比例函数，一个比例函数基于轨道压力、T_on、和压电叠堆温度中的每一个。
选择了合适的第三差分电压电平之后，在燃料喷射活动结束时(即在电脉冲时间结束时)，该方法还包括在充电周期(T2到T3或T2到T3′)向所述促动器施加充电电流(I_CHARGE)，使得所述叠堆在燃料喷射活动中从其目前电平(即第二差分电压电平)充电到所选择的第三差分电压电平(V₃)，以结束燃料喷射活动。
可以任何适当的方式调整所述叠堆被再充电到的第三差分电压电平(按照所述至少两个发动机参数)，例如，通过：调整到促动器端子的电压源电平(例如，高压轨道，V_HI)；或在放电活动之后的促动器再充电期间(T2到T3或T2到T3′)，通过控制再次施加到促动器上的电荷量。到促动器的高压源的电压电平的调整可通过任何合适的方式实现。例如，在一些条件中，通过电子电路和/或控制装置可有效地降低顶部轨道电压。方便地，以无源步进式方式，通过在顶部轨道电压的任何降低之后可选择地不给顶部轨道再充电到其以前的高电平，降低促动器的高压源的电压电平(V_HI)。例如，当用于对压电促动器重新充电时，会发生顶部轨道电压的下降。
在本发明的一个实施例中，通过包括再生开关电路的驱动电路来控制压电促动器上的差分电压。再生开关电路首先包括第一存储电容器，当电压降低到以前的水平以下时，该电容器可用来再生顶部轨道的电压。合适地，在喷射活动结束时在再生阶段期间，通过ECU，再生开关电路可操作地来改变返回到第一存储电容器的电荷。由于在第一存储电容器的电荷决定了驱动电路的高压轨道的电压电平，通过调整再生电路操作的时间，可以控制顶部轨道的最大电压电平，并且因此可控制压电促动器被重新充电到的最大电压。
因此，在降低顶部轨道电压的无源机制中，所述方法包括在一段时间，中断用于对顶部轨道再次充电的第一存储电容器和顶部轨道之间的连接(例如通过开关)。在非连接周期期间，顶部轨道上的任何电压降，例如，由促动器的再充电产生的电压降，不是通过从驱动电路的第一电容器的顶部轨道充电来补偿的。
在降低顶部轨道电压的被动机制(passive mechanism)中，顶部轨道电压可例如在每次燃料喷射活动降低几伏(例如10V或更小，例如0到5V)。给定工作发动机的燃料喷射的频率，通过这样的方式，顶部轨道的电压可以在数秒内减小50V。
在另一个实施例中，驱动电路可包括对上述第一存储电容器有效地放电的方法，以有效的除去大量的存储电荷，并且由此，有效减小顶部轨道的电压。
在另一个实施例中，本发明的方法包括选择充电周期(或充电时间，T2到T3或T2到T3′)，在此期间，充电电流施加到促动器上以便得到促动器上的第三差分电压电平。在这个实施例中，顶部(高压)轨道的最大电压可以是恒定的或可以变化，例如，象上述讨论的那样。可方便地利用这些选择的充电周期来控制促动器上的最大差分电压电平。例如，对于例如250V的恒定顶部轨道电压和例如50V的恒定底部轨道电压，减小充电周期(T2到T3或T2到T3′)会导致更低的第三差分电压电平(V₃)，假定减小的充电周期比促动器达到顶部轨道电压所需的时间少。因此，在这个实施例中，该方法包括，根据所述至少一个发动机参数来选择第三差分电压电平之后，选择施加充电电流的充电时间，以便得到选择的第三差分电压电平。
在上述方法中，从第一差分电压电平到第三差分电压电平(通过第二差分电压电平)的促动器上的电压变化可以通过逐步(例如，通过中间电压电平V_3′)或单一步骤执行。减小顶部轨道电压(和由此的第三差分电压电平)的被动机制被方便地逐步执行，以至期望的目标第三差分电压电平通过多个中间电压电平V_3′来实现，所述中间电压电平连续地集中在目标第三差分电压电平上。例如，可通过执行多个连续燃料喷射活动来获得目标第三差分电压电平V₃，利用它们中的每一个来降低顶部轨道的电压到几个伏特(例如，每个燃料喷射活动1到5V)，由此降低压电叠堆上的差分电压(如前所述)，直到实现期望的第三差分电压电平为止。
因此，在一个实施例中，本发明所述方法的步骤(c)可包括：(b1)重复步骤(a)和(b)；(b2)在充电周期(T2到T3′)，向促动器施加充电电流(I_CHARGE)，使得所述叠堆从所述第二差分电压电平充电到中间差分电压电平(V_3′)，其中中间差分电压电平是处于所述第一和第三差分电压电平之间的电平；和(b3)重复步骤(b1)和(b2)，直到中间差分电压电平V_3′等于或近似于(即收敛于)所述第三差分电压电平；其中在第一(或在先)步骤(b2)得到的所述中间差分电压电平(V_3′)被采用作为在第二(或相继)步骤(b1)中的所述第一差分电压电平(V₀)。
合适地，中间差分电压电平(V_3′)低于第一电压电平，因此，在运行步骤(a)，(b)，(b1)和(b2)中，在非喷射状态，促动器的高差分电压电平(V₀；V_3′)被逐步地减小直到达到目标第三差分电压电平(V₃)。方便地，激励压电促动器的差分电压电平的减小可通过被动机制来减小，例如，利用能够提供给顶部轨道(如前所述)电压源的(第一)电容器来阻止驱动电路的顶部轨道再次充电。在替换实施例中，然而，中间电压电平是通过主动机制(activemechanism)来获得的。在减小差分电压电平的主动机制中，例如，在促动器的压电叠堆从驱动电路的顶部轨道得到充电电流期间，ECU可以控制充电周期(T2到T3′)。可替换地，如果需要增加压电叠堆的激励差分电压电平，主动机制可包括提高顶部轨道电压(V_HI)，例如，通过提高再生顶部轨道的第一存储电容器上的电荷量，或增加顶部轨道的再生时间。
本发明进一步认识到，简单地减小(或增加)压电促动器的电压会带来附加产物(artefact)，尤其关于喷射量的精度。就这方面而言，由于压电材料的固有属性，电压促动器叠堆的位移及由此喷射阀针位移的范围，不仅依靠整体的电荷移动(即从叠堆上增加或去除的电荷量)，而且还依靠促动器端子两端的差分电压的大小。如果促动器的端子两端的差分电压的大小从例如200V减小到150V，那么促动器位移的大小也可减小相同的差分电压降。例如，如果由电压控制来操作促动器，例如从200V的差分电压电平开始的150V的差分电压降，与相等的从150V到0V的150V的差分电压降相比，会带来压电叠堆的(和由此相关的喷射阀针的)更大的位移。当通过电荷控制操作促动器时，存在类似的问题。由此，通过改变压电促动器上的绝对差分电压电平或电荷，促动器的操作也会受到影响。
同时，控制燃料喷射阀的在压电促动器上的电荷变化速度(或差分电压变化速度)可确定阀针的位移速度，因此，也分别地确定了喷射阀打开和/或关闭来开始或结束燃料喷射活动的速度，以及在燃料喷射期间的燃料喷射量。换言之，在恒定的例如200V的起始差分电压下，压电促动器更快的放电速度会导致叠堆更快的收缩率，相关的燃料喷嘴的更快的开启，以及潜在的在特别的时间周期内喷射的燃料的量的增加。
实际上，促动器压电材料的固有属性和喷射器的设计都意味着在燃料喷射器中的促动器的速度和延伸(或压缩)量要受多个因素的影响，包括：操作差分电压电平；差分电压的变化；接触促动器的燃料压力；和促动器的温度。为了说明一些会影响压电促动器响应程度和速度的因素(例如发动机参数)，本发明所述的方法还包括应用一个或多个补偿。
由此，在本发明所述方法的一个实施例中，还包括应用下述中的至少一个：(i)放电电流补偿，来选择在步骤(a)中放电叠堆的放电电流(I_DISCHARGE)；(ii)充电电流补偿，来选择在步骤(c)中充电叠堆的充电电流(I_CHARGE)；(iii)和打开放电补偿(opening discharge compensation)，来选择从叠堆上去除的电荷量以得到在步骤(b)中的第二差分电压电平。
在步骤(i)，利用放电电流补偿来选择合适的放电电流(I_DISCHARGE)从而使得喷射阀以预定的速度打开(通过压电叠堆压缩和导致的阀针的提升)。这样，燃料喷射的开始可通过控制促动器压电叠堆的压缩来控制。合适地，放电电流补偿量依靠一个或多个发动机参数来确定，因此，燃料喷射器阀的打开速度是极大地、基本上或完全依赖于这些参数的。
在步骤(ii)，利用充电电流补偿来选择合适的充电电流(I_CHARGE)从而使得喷射阀以预定的速度关闭(通过压电叠堆延伸和导致的阀针的关闭)。这样，燃料喷射的结束点可通过控制促动器压电叠堆的延伸速度来控制。合适地，充电电流补偿量依靠一个或多个发动机参数来确定，因此，燃料喷射器阀的关闭速度是极大地、基本上或完全依赖于这些参数的。
在步骤(iii)，利用打开放电补偿来选择从压电叠堆上去除的合适的电荷量，从而使得喷射阀以预定量打开(通过压电叠堆压缩和导致的阀针的提升)。这样，可由控制在已知的时间周期通过喷射阀针及其阀座之间的燃料的体积来控制在燃料喷射期间喷射到相关发动机气缸中的燃料量。另外，打开放电补偿量依靠一个或多个发动机参数来确定，因此，燃料喷射器阀的打开速度是极大地、基本上或完全依赖于这些参数的。
在有利实施例中，该方法包括应用选自上述放电电流补偿、充电电流补偿和打开放电补偿中的两种补偿；和更有利的，该方法包括应用依靠一个或多个发动机参数的全部三种补偿。所述一个或多个发动机参数适于从轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)、和第一差分电压电平(V₀)中选择。
方便地确定(即测量或估计)所述一个或多个发动机参数：(1)在放电周期开始之前(T3到T0)；和/或(2)在放电周期期间(T0到T1)；和/或(3)在特定燃料喷射的保压周期期间(T1到T2)。合适地，放电电流补偿和由此放电电流(I_DISCHARGE)在放电周期开始之前确定，因此，放电电流可以在放电周期开始时施加。方便地，在放电周期开始之前、在放电周期期间、或在特定燃料喷射的保压周期期间，确定充电电流补偿，因此，其可以在保压周期结束时(即，充电阶段开始时，T2到T3，T2到T3′)被施加以结束燃料喷射活动。典型的，打开放电补偿在放电周期开始之前、或在放电周期期间(T0到T1)确定；并且在放电周期期间或放电周期的结束时刻被应用来控制处于第二差分电压电平的促动器上的充电电平(即，当燃料喷射器打开时)。
有利的，本发明的方法包括应用：(i)放电电流补偿来选择在步骤(a)中放电叠堆的放电电流(I_DISCHARGE)；(ii)充电电流补偿来选择在步骤(c)中充电叠堆的充电电流(I_CHARGE)；和(iii)打开放电电流来选择从叠堆上去除的电荷量以得到在步骤(b)中的第二差分电压电平；其中，放电电流补偿、充电电流补偿和打开放电补偿均被独立地确定作为轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)、和第一差分电压电平(V₀)的函数。
在第二方面，本发明提出了一种包括具有压电元件叠堆的压电促动器的燃料喷射器的驱动电路，该驱动装置包括：(A)第一一个或多个元件，在放电周期(T0到T1)向所述促动器(11)施加放电电流(I_DISCHARGE)，使得所述叠堆从其第一差分电压电平(V₀)放电到其第二差分电压电平(V₁)(以便开始燃料喷射活动)；(B)第二一个或多个元件，在一段时间(T1到T2，“保压周期”)保持所述第二差分电压电平(在这期间，保持喷射)；(C)第三一个或多个元件，在充电周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促动器施加充电电流(I_CHARGE)，使得所述叠堆从第二差分电压电平充电到第三差分电压电平(V₃)(以便结束喷射活动)；(D)第四一个或多个元件，在向促动器施加所述充电电流(I_CHARGE)之前确定至少两个发动机参数，因此根据所述至少两个发动机参数来选择叠堆被充电到的第三差分电压电平；且其中所述至少两个发动机参数选自：燃料轨道中的燃料压力(称作“轨道压力”，或“P”)；T_on(燃料喷射活动的工作时间)；和压电叠堆温度(Temp)。
如本发明第一方面描述的那样，在本发明的第二方面，叠堆被充电到的第三差分电压电平适当地被选择作为至少轨道压力和T_on的函数。更合适地是，选择第三差分电压电平作为至少轨道压力、T_on和压电叠堆温度(Temp)的函数。
在一个实施例中，本发明的驱动电路还包括：(E)第五一个或多个元件，用于应用放电电流补偿来选择用于对所述叠堆放电的所述放电电流(I_DISCHARGE)；和/或(F)第六一个或多个元件，用于应用充电电流补偿来选择用于对所述叠堆充电的所述充电电流(I_CHARGE)；和/或(G)第七一个或多个元件，用于应用打开放电补偿来选择从所述压电叠堆去除的电荷量，以引起喷射阀打开到要求范围；和(H)第八一个或多个元件，用于确定至少两个发动机参数；且其中所述至少两个发动机参数选自：轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)和所述第一差分电压电平(V₀)。
方便地，本发明所述的第一和第二方面的补偿是由ECU确定的并且合适地，通过驱动电路来实施。
这样，如本发明有关方法所述的那样，有利的，驱动电路用来控制燃料喷射器中的压电促动器来调整燃料喷射器的打开和关闭，并由此，精确地控制在燃料喷射活动中喷入发动机气缸的燃料的速度和数量。合适地，所述放电电流补偿、所述充电电流补偿和所述打开放电补偿均独立地被确定作为轨道压力(P)、压电叠堆温度(Temp)和所述第一差分电压电平(V₁)的函数。
可以理解的是，本发明的第二方面的驱动电路实施例可包括任何另外的执行/实施本发明第一方面的任何方法步骤的元件或装置。
在本发明的第三方面，提出了一种计算机程序产品，包括至少一种计算机程序软件部分，当在运行环境执行时，其可操作地实施本发明的任何方法。
在第四方面，本发明提出一种数据存储介质，其具有存储在其上的本发明第三方面的所述或每个计算机软件部分。
在第五方面，本发明提出了具有本发明第四方面所述的数据存储介质的微型计算机。
在研究本发明详细内容和所附权利要求后，本发明的这些和其它方面、目的和益处将变得显而易见。
附图说明
借助实例，现在将参照相关附图来描述本发明，其中：
图1是：(A)包括压电喷射器的燃料喷射系统和包括驱动电路的发动机控制单元(ECU)的示意图，和(B)压电促动器控制的燃料喷射器的示意图；
图2是说明图1所示的驱动电路的电路图；
图3示出了：(A)由图2的喷射器驱动电路执行的喷射活动顺序的电压分布图；和(B)与图3A中电压分布图相对应的理想的驱动电流分布图；
图4示出了根据本发明实施例的喷射活动顺序的电压分布图；
图5是控制流程图，示出了根据本发明的实施例，可用来计算压电燃料喷射器的驱动电路的顶部轨道电压以得到目标第三差分电压电平的步骤；
图6示出了根据本发明另一个实施例的理想驱动电流分布图；
图7是控制流程图，示出了根据本发明的实施例计算可被应用于燃料喷射器的压电促动器的打开电流补偿、关闭电流补偿和打开放电补偿的步骤。
具体实施方式
参照图1A和1B，总体上示出了发动机8，例如自动车辆发动机，该发动机具有包括第一燃料喷射器12a和第二燃料喷射器12b的喷射器装置。燃料喷射器12a和12b中的每一个都具有喷射器阀针13和包括压电元件的叠堆9的压电促动器11。压电促动器11可操作地控制喷射器阀针13相对于阀针座7的位置。
根据压电促动器11的端子两端的电压，促使阀针13脱离阀针座7，在这种情况下，通过一组喷嘴出口3，燃料被送入发动机8的相关燃烧室/气缸(未示出)；或者促使针阀与针阀座7相啮合，在这种情况下，阻止燃料的输送。
例如，燃料喷射器12a、12b可用在压燃式内燃机中以向发动机8喷射柴油燃料，或它们可用在点燃式内燃机中以向发动机8喷射可燃的汽油。
燃料喷射器12a、12b形成发动机8的燃料喷射器的第一喷射器组10并且由驱动电路20a控制。实际上，发动机8可以设置有两个或更多个喷射器组(10)，每一个包括一个或多个燃料喷射器并且每一个喷射器组具有各自的驱动电路20a。由此，尽管在图1A中，图示发动机具有两个燃料喷射器12a、12b，但是可以理解的是，在发动机中可以设置任何数量的合适的燃料喷射器。例如，发动机可以包括一个或多个燃料喷射器，例如，1、2、3、4、5、6、10、12、16或更多的燃料喷射器。如果可能，为清楚起见，以下的说明仅涉及其中一个燃料喷射器组。在本发明以下所述的实施例中，燃料喷射器12a、12b是负电荷位移类型。燃料喷射器12a、12b因此在放电阶段期间打开以向发动机气缸喷射燃料，而在充电阶段期间关闭以结束燃料喷射。
发动机8由发动机控制单元(ECU)14来控制，驱动电路20a形成其集成部分。另外，ECU14可有利地包括微处理器和存储器(未示出)，设置它们来运行各种程序以控制发动机8的工作，包括对燃料喷射器装置的控制，例如，利用示出的燃料喷射器控制单元21(ICU)。ECU14可以连续监测多个发动机参数23(例如发动机速度和负荷)，而后反馈发动机动力需求信号到ICU21。ICU21计算所需的喷射活动顺序以提供发动机所需的动力，并因此控制ECU14的喷射器驱动电路20a。而驱动电路20a又引起电流施加到喷射器或从喷射器去除以得到需要的喷射活动顺序。
ECU14与发动机电池(未示出)相连，该电池具有大约12V的电池电压VBAT。ECU14由电池电压V_BAT产生发动机8的其它部件所需要的电压。
WO2005/028836中描述了ECU14操作的其它细节以及其在操作发动机8方面，尤其在喷射器装置的喷射循环方面的功能。可在ECU14的微处理器(未示出)和驱动电路20a之间传送信号，并且包括在从驱动电路20a接收的信号中的数据可以被记录在ECU14的存储器(未示出)中。
为了控制燃料喷射活动的顺序，驱动电路20a可考虑在三个主要阶段进行操作：放电阶段、充电阶段和再生阶段。在放电阶段期间，操作驱动电路20a，以对一个或多个燃料喷射器12a、12b进行放电，以从阀座7上提升喷射器阀针13，从而喷射燃料。典型的，喷射活动包括紧接在放电阶段之后的保压周期(dwellperiod)，在此期间，基本上全部电流都不到或从压电促动器流动。由此，在保压周期期间，促动器保持在其放电和收缩状态，并且燃料连续地喷射到相关的发动机气缸。燃料喷射阶段被充电阶段终止。在充电阶段期间，操作驱动电路20a来向先前的已放电的燃料喷射器12a、12b充电，以关闭喷射器阀并因此中断燃料喷射。在再生阶段期间，电荷形式的能量可被补充到第一存储电容器C1和第二存储电容器C2(在图1中未示出)，以在随后的喷射循环中使用，因此，可不需要专用的电源。以下参照图2所示的合适的驱动电路来对这些操作阶段的每一个进行详细描述。
参照图2，驱动电路20a包括第一高压轨道V_HI和第二低压轨道V_LO。第一高压轨道V_HI处于比第二低压轨道V_LO高的电压。驱动电路20a也包括具有中间电流路径32的半-H-桥电路，其用作双向电流路径。所述中间电流路径32具有与燃料喷射器12a、12b的喷射器组10串联耦合的感应器33。燃料喷射器12a、12b和与它们相关的开关电路彼此并联连接。
燃料喷射器12a、12b中每一个具有电容器的电特性，且其压电促动器11是可充电的以保持电压，该电压是压电促动器11的低侧(-)端子和高侧(+)端子之间的电势差。
驱动电路20a还包括第一存储电容器C1和第二存储电容器C2。存储电容器C1和C2的每一个都具有正的和负的端子。另外，存储电容器C1和C2的每一个还有高侧和低侧；高侧是电容器的正端子而低侧器是电容的负端子。第一存储电容器C1连接在高压轨道V_HI和低压轨道V_LO之间。第二存储电容器C2连接在低压轨道V_LO和地电势轨道V_GND之间。
另外，由于驱动电路20a具有由ECM14提供的电压源V_S，或电源22，因此，驱动电路20a没有专门的电源。电压源V_S连接在低压轨道V_LO和地电势V_GND之间，并且被设置成向第二存储电容器C2提供能量。在再生阶段期间，通过电荷再生将能量提供给第一存储电容器C1。典型的，电压源V_S在50到60V之间，例如55V。
在驱动电路20a中，有充电开关Q1和放电开关Q2，用来分别地控制第一和第二燃料喷射器12a和12b的充电和放电操作。充电和放电开关Q1和Q2是可例如通过ECU14的微处理器(未示出)来操作。当被闭合时，充电和放电开关Q1和Q2中的每一个允许单向电流流过相应的其中一个开关，当被打开时，充电和放电开关Q1和Q2中的每一个阻止电流流动。充电开关Q1具有连接在其两端的第一再循环二极管(recirculation diode)RD1。同样的，放电开关Q2具有连接在其两端的第二再循环二极管RD2。在驱动电路20a的操作的能量再循环阶段期间，这些再循环二极管RD1、RD2许可再循环电流分别返回电荷至第一存储电容器C1和第二存储电容器C2，其中能量是从燃料喷射器12a、12b中的至少一个恢复的。
第一燃料喷射器12a与相关的第一选择器开关SQ1串联连接，第二燃料喷射器12b与相关的第二选择器开关SQ2串联连接。此外，每一个选择器开关SQ1和SQ2可由微处理器(未示出)来操作。第一二极管D1与第一个选择器开关SQ1并联连接，第二二极管D2与第二选择器开关SQ2并联连接。作为例子，当激活相应选择器开关SQ1并操作放电开关Q2时，放电电流(I_DISCHARGE)被容许在放电方向上流动经过选定的燃料喷射器12a。当在电路操作的充电阶段期间，第一、和第二二极管D1、D2均允许充电电流(I_CHARGE)在充电方向上分别跨越第一和第二燃料喷射器12a、12b流动。
再生开关电路与喷射器12a、12b并行地被包括在该驱动电路20a中以执行再生阶段。该再生开关电路用来连接第二存储电容器C2至感应器33。该再生开关电路包括再生开关RSQ，其由微处理器(未示出)操作。第一再生开关二极管RSD1与再生开关RSQ并联，且第二再生开关二极管RSD2与第一再生开关二极管RSD1和再生开关RSQ串联耦合。第二再生开关二极管RSD2用作保护二极管，因为第一和第二再生开关二极管RSD1、RSD2彼此相对，使得电流不会流过该再生开关电路，除非再生开关RSQ闭合并且电流从第二电压轨道V_LO流动。因此，在充电阶段期间，电流不会经过该再生开关电路。
中间电流路径32包括电流感应和控制装置34，该装置可与微处理器(未示出)通信。设置该电流感应和控制装置34来感应中间电流路径32中的电流并将所感应的电流与预先确定的电流阈值相比较。当所感应的电流基本上等于预先确定的电流阈值时，该电流感应和控制装置34产生输出信号。
还设置电压感应装置(未示出)来感应选定用于喷射的燃料喷射器12a，12b两端的感应的电压V_SENSE。电压感应装置用来感应第一和第二存储电容器C1、C2两端的电压Vc₁、Vc₂和电源22。当感应的在第一和第二存储电容器C1，C2两端的电压电平Vc₁、Vc₂基本等于预先确定的电压电平时，再生阶段终止。
驱动电路20a也包括控制逻辑30，其用来接收电流感应和控制器装置34的输出、来自燃料喷射器12a和12b的促动器11的正端子(+)的感应电压V_SENSE，和从任何微处理器(未示出)及其相应存储器(也未示出)的各种输出信号。控制逻辑30包括可由微处理器执行的软件以处理各种输入，从而产生用于每个充电和放电开关Q1、Q2、第一和第二选择器开关SQ1、SQ2及再生开关RSQ的控制信号。通过控制喷射器选择开关SQ1、SQ2，充电开关Q1和放电开关Q2，可以在所需的时间周期内驱动变化的电流经过喷射器12a、12b，以致于选定的喷射器的促动器被充电或放电，并由此控制燃料传输。可以理解的是，虽然喷射器驱动电路20a在图1A中被示为形成ECU 14的集成部分，但这不是必须的，并且喷射器驱动电路20a可以是与ECU14分离的单元。
通常，在具有单一的、来自第一喷射器12a的燃料主喷射的燃料喷射活动顺序期间，相关的驱动电路20a可以按以下的方式操作。
驱动电路20a传递驱动脉冲(或电压波形)至燃料喷射器12a(或12b，根据需要)的压电促动器11。驱动脉冲在充电电压V0(或第一差分电压电平)，和放电电压V1(或第二差分电压电平)之间改变促动器11的压电叠堆9上的差分电压。
在非喷射状态时，第一喷射器选择开关SQ1打开并且充电和放电选择开关Q1，Q2也都打开。在这个运行阶段期间，促动器11端子两端的差分电压处于第一差分电压电平(或V₀)，该电压可以是大约200V。然而，根据本发明，在压电促动器11运行期间，期望的是只要有可能，就使得V₀尽可能的低。因此，不限于如图1和图2所述的具体的设备，在一个实施例中本发明的方法的目的就是调整V₀到最低的合适电压电平(即，第三差分电压电平V₃)并在促动器11的激励状态下保持尽可能长的时间。例如，第三差分电压电平V₀有利地小于200V，例如，在200和150V之间或在200和100V之间。有利的，V₀小于180V(例如在180和150V之间或在180和100V之间)，或更有利地小于160V，例如大约是150V。有益的是，第三差分电压电平在压电促动器的运行期间的至少20％、至少40％或至少50％被保持。在一些有利的实施例中，第三差分电压电平在压电促动器的运行期间的至少75％或至少90％被保持。
为了让第一喷射器12输送燃料，激活(即，闭合)第一喷射器选择开关SQ1并激活(即，闭合)喷射器放电选择开关Q2。这就使得电荷经过感应器34和放电选择开关Q2流出喷射器12a，从而到达地电势轨道GND。喷射器驱动电路20a，由存储在ECU 14存储器中的查找表来确定，例如需要的放电周期或时间，这样放电电流I_DISCHARGE就从促动器11传送至地GND。这可被称为放电阶段(T0到T1)。一旦过了放电时间，喷射器放电开关SQ1就变为无效(即，打开)从而终止电荷转移。作为电荷转移的结果，喷射器12a上的差分电压减少至相对低的第二差分电压电平(V₁)。典型地，V₁的值可从存储在ECU 14的存储器(或相似的数据操作装置)中的查找表来选择，根据已知的激励差分电压(V₀)，使得从V₀到V₁的电压降足够引起在促动器11的压电叠堆9的需求响应(即已知的压缩长度)，从而开始该期望的燃料喷射活动。此外，在不局限于图1和图2所示的具体装置的情况下，在一个实施例中本发明的方法的目的在于，当在促动器上实现了所需的电压降时，为了获得期望的压电叠堆的压缩，并由此得到期望的燃料喷射量，就要让V₀保持在最低的合适的电压电平，而不管可能的对V₁电平的后续影响。典型地，第二差分电压电平(或V₁)在-50和+50V之间，例如在-50V到0V的范围内、或合适地在-30到0V的范围内。在一些实施例中，然而，V₁基本上保持在0到+50V的范围内是有益的(这样，在使用时，大多数放电阶段没有引起V₁降低到0V以下，或至少不会低于大约-10V)。因此，设想本发明的方法还保持V₀处于最小的合适的电平，这将允许V₁基本上保持在大约0V和0V以上；例如，在0到50V的范围内。在这个实施例中，在使用时V₀可以比上述实施例中的高，尤其在主喷射活动期间，其中，在上述实施例中，V₁可频繁降低到0V以下。
促动器上的差分电压正常地将保持，或“停留(dwell)”在第二差分电压电平达相对短暂的周期，在此期间，喷射器喷射燃料。所述保压周期可根据发动机燃料需要例如由存储在ECU 14的存储器中的查找表基于一个或多个发动机参数，例如发动机速度和负荷，来方便地选择。
为了终止喷射活动，激活喷射器充电开关Q1，从而使得电荷从高压轨道V_HI经过电荷选择开关Q1并流入喷射器12a，因此，重新建立在喷射器12a的端子两端的例如大约+200V的差分电压。这被称为充电阶段(T2到T3)。根据本发明，一旦喷射活动已经终止，促动器11两端的新电压就是本文中别处所述的第三差分电压电平V₃或V_3′。在充电阶段期间，喷射器充电开关Q1被激活的时间和频率可基于促动器11的先前放电阶段的放电时间和选定的激励状态或第三差分电压电平。
如已经讨论的那样，有利的，放电之后的促动器的充电差分电压电平(或V₃)低于在放电之前的充电差分电压电平(或V₀)。然而，可以理解的是，在一些情况下，第三差分电压电平可高于第一差分电压电平，例如，当ECU 14已经确定随后的燃料喷射比前面的喷射要求更大的促动器上的电压降时，例如，响应于发动机需求的增加。因此，在ECU 14已经选定了例如170V的第三差分电压电平且之前的充电电平是150V的情况下，那么第三差分电压电平将比第一差分电压电平高。当然，有时，例如，在需要比较固定的燃料期间，第三差分电压电平可以大约等于第一差分电压电平。
最后，可存在再生阶段以再生存储电容器C1两端的电荷。在再生阶段期间，激活再生开关RSQ和放电开关Q2，直到第一存储电容器C1上的能量达到预定的电平。
WO2005/028836A1中详细描述了在充电和放电阶段以及再生阶段的驱动电路20a的各种操作模式，在此并入其作为参考。
有利的，在放电阶段期间(T0到T1)，为了选定的燃料喷射器12a减少到合适的放电电平(V₁)以开始喷射活动，在ECU14的微处理器(未示出)发射信号的控制下，放电开关Q2自动打开和闭合，直到合适的电荷量从压电促动器去除。而后，在喷射需要的预定时间(保压期间)之后，通过闭合充电开关Q1来关闭燃料喷射器12a。典型地，在随后的充电阶段(T2到T3；T2到T3′)期间，充电开关Q1频繁地打开和闭合，直到在压电促动器上增加合适的电荷量以得到新的激励或充电差分电压(V₃)。因此，充电和放电电流要适当地控制在期望的水平。类似的，在再生阶段期间，放电开关Q2周期性地打开和闭合，直到第一存储电容器C1两端的电荷达到预定的水平，以建立高压轨道的期望的电压VHI。
图3A表示典型的喷射活动的电压轮廓，该喷射活动包括如上所述的燃料单次喷射，图3B表示对应于图3A的电压轮廓的驱动电流轮廓。在T0时刻，通过驱动经过喷射器的在RMS电流电平的振幅调制放电电流I_DISCHARGE达时间周期T0到T1开始放电阶段。在放电阶段结束时，即在T1时刻，放电电流关断，并且喷射器保持在保压阶段直到T2时刻。在T1时刻和T2时刻之间，喷射器喷射燃料。在T2时刻，促动器11上的差分电压可称作V₂。典型的，V₂与V₁相等，并且出于描述的目的，假设V₂与V₁相等。然而，在一些实施例中，差分电压电平V₂可能与V₁稍微不同：这些实施例也包括在这里描述的本发明的范围内。在这种情况下，步骤(a)的第二差分电压电平被认为是V₁，并且步骤(c)的第二差分电压电平被认为是V₂。在步骤(b)中，“第二差分电压的保持”典型的被理解为“基本上保持第二差分电压”。在T2时刻，处于RMS电流电平的振幅调制充电电流I_CHARGE，被提供给充电阶段的喷射器，直到关断充电电流I_CHARGE并且喷射器返回到位于差分电压电平V₃(或V₀)的非喷射状态的T3时刻。
可以理解的是，因为喷射器要在其非喷射状态度过其使用寿命的大部分，在其使用寿命的大多数时间里，促动器端子处于高的差分电压(V₀；V₃；V_3′)。如前面讨论的那样，这将损害喷射器性能的测量，例如，耐久性。
可以理解的是，通过图1和2中的驱动电路来实现本发明的方法可以提高压电燃料喷射器的使用寿命，在特定环境中，即在充电阶段(T2到T3′)结束时的非喷射状态，促动器端子两端的差分电压不必总是返回到与其开始时同样高的差分电压电平(V₀)。下面详细描述有关图4所示的本发明的有利方法的一种执行模式。
如图4所示，最初在T0时刻，喷射器处于非喷射状态，促动器的差分电压(第一差分电压电平，V0)可以大约为+200V。这时，可确定选自下述的至少两个发动机参数：(i)公共轨道内的燃料压力(轨道压力)；(ii)随后的燃料喷射活动的预定的保压周期(T_on)；(iii)压电叠堆温度。例如，燃料的压力可以方便地通过提供给ECU14的轨道压力传感器信号来确定。T_on可根据存储在ECU14中的查找表(或类似物)来选择并且基于一个或多个发动机参数的发动机燃料需求来确定，例如，平均的或更合适地说是瞬态的发动机速度或负荷。压电叠堆温度可以通过共同未决的申请EP1811164中详细描述的方法来计算或估计，以下将简单地描述该申请。
为了在T0时刻和T1时刻(如上所述)之间开始燃料喷射，放电电流I_DISCHARGE从促动器流动以便从促动器上去除所需的电荷量(“打开放电”)，由此，降低促动器上的差分电压到燃料喷射所要求的相对低的电压电平，该电压大约为-30V。对于较小的针阀的提升而言，该差分电压也可降低到-50V，或者可以降低到0到+50V之间，例如大约0V。在一些实施例中，可基于一个或多个发动机参数(如以下所述)来选择放电电流I_DISCHARGE。例如，I_DISCHARGE可以由轨道压力(P)，压电叠堆温度和/或第一差分电压电平中的一个或多个来确定。
在一个实施例中，如下所述，I_DISCHARGE被确定作为轨道压力、压电叠堆温度和第一差分电压电平的函数。
在放电阶段结束时，即在T1时刻，放电电流I_DISCHARGE被去除，并且促动器保持在保压阶段直到T2时刻。在T1和T2时刻之间，喷射器喷射燃料。在T0和T2之间的时间被称为燃料喷射活动的工作时间或T_on。
有益地，在T0到T2期间或在此之前(例如，在放电阶段或保压阶段期间)，ECU14可被编程来确定促动器应当被再充电到多少差分电压电平(第三差分电压电平)来结束喷射活动。该第三差分电压电平(V₃)方便地利用一个或多个查找表、比例函数、方程或类似物，根据上述的两个或更多个发动机参数来确定，这些发动机参数包括：轨道压力，T_on和压电叠堆温度。有利的，根据轨道压力，T_on和压电叠堆温度这三项的结合来进行该确定。例如，如果在喷射活动开始时测量的轨道压力低于预定的值(例如，500巴(bar))，那么在充电阶段(T2到T3；T2到T3′)结束时，ECU14可决定无需重新建立初始的相对高的促动器11的差分电压。然而，这样的决定也依赖于即将来临的、随后的燃料喷射活动的预定的T_on值和/或压电叠堆温度。同样的，如果即将来临的喷射活动的T_on小于(或近似等于)先前喷射活动的T_on，或者可替换地，即将来临的喷射活动的T_on低于预定的值(例如500μs)，ECU14可确定促动器11可适当地被再充电到第三差分电压电平，该电平低于先前的激励差分电压电平(V₀)。类似地，如果ECU14确定压电叠堆温度高于预定值(或可替换的，压电叠堆温度在连续测量之间的周期内增加)，那么ECU14可确定促动器11应该被再充电到比之前的第一差分电压更低的第三差分电压电平。因此，在一个实施例中，为了让ECU14确定第三差分电压电平是否应该高于、等于、或低于第一差分电压电平，轨道压力、T_on和压电叠堆温度的每个测量或估计值与那些参数的预定值进行比较。因此，分别地，(a)典型地，比预定值更低的轨道压力会产生来自ECU14的信号以降低促动器11的激励差分电压电平；(b)典型地，比预定值更短的T_on会产生来自ECU14的信号以降低促动器11的激励差分电压电平；(c)典型地，比预定值更高的压电叠堆温度会产生来自ECU14的信号以降低促动器11的激励差分电压电平。
在更有利的实施例中，其中依靠全部三个参数来确定第三差分电压电平，这三个参数是：轨道压力，T_on和压电叠堆温度；第三差分电压电平可通过ECU14在这三个参数值的均衡下来确定。在一些实施例中，考虑到测量或估计的发动机参数的组合，也可以测量其它发动机参数并与其预定参数值相比较来设置最终确定的促动器11上所需的第三差分电压电平。
在这些方法中，燃料喷射器的压电促动器上的激励差分电压可通过合适的充电时间的调整以步进变化的方式来改变，或方便的在连续燃料喷射活动过程允许降低高压轨道(V_HI)的电压。每一步的变化量依赖于，在考虑各种参数平衡的情况下，确定的参数与预定值的差值；或者，在降低第三差分电压的被动机制中，随着每次燃料喷射活动，顶部轨道电压(V_HI)可减少的量。因此，在一些实施例中，目标第三差分电压电平可通过许多连续燃料喷射活动(例如，在被动机制中，就如图4中描述的通过T3′时刻之后的喷射活动)来获得；或者第三差分电压电平可以依赖于一般的发动机参数，在一些连续燃料喷射活动中可选择地降低。
在这样的实施例中，在考虑低压轨道(V_LO)的电压的情况下，对应于测量或估计的发动机参数，ECU14可方便地控制高压轨道(V_HI)的电压。这样，通过将促动器重新充电到高压轨道的电压的方式，来改变喷射器压电促动器上的激励差分电压。合适地计算高压轨道的电压(依赖于上面讨论的发动机参数)以等于促动器上所要求的第三差分电压电平(V₃)和低压(或底部)轨道(V_LO)的电压之和。也就是说，促动器上的激励差分电压是其相应的端子的电压之间的差。因此，正如以上对有关第三差分电压电平的讨论，高压轨道的电压(V_HI)可根据相关发动机参数(例如，轨道压力，T_on和压电叠堆温度)是否高于或低于预定值，方便地通过步进式方式来调节，或者更有利的，在线性方法中，依赖于每个有关参数的绝对值，方便地调整高压轨道的电压(V_HI)。在这些实施例中，ECU14可以执行监控两个或更多个发动机参数的任务，并且如下简述的那样设定高压轨道的值。
关于这方面，我们的共同未决的欧洲专利申请EP1860306中描述了一种方法，在该方法中，通过利用再生开关电路(如图2)形成的部分驱动电路20a来控制高压轨道(V_HI)的电压。结合图2所示，驱动电路20a有利地包括再生开关电路，该电路包括再生开关RSQ，在喷射结束后发生的再生阶段期间，通过ECU14可操作地改变返回到第一存储电容器C1上的电荷。在第一存储电容器C1上的电荷确定了高压轨道的电平V_HI。因此，根据本发明的调整高压轨道的电平V_HI的一种方式是调整时间，在该时间，操作再生开关RSQ以对存储电容器C1再次充电，并因此来设置高压轨道的电压V_HI。在有利的实施例中，再生开关RSQ在燃料喷射活动后未被激活，从而阻止顶部轨道的再生，并且因此允许顶部轨道的电压按步进方式降低。ECU14控制再生开关RSQ的操作，并且由此控制考虑了两个或更多个发动机参数的顶部轨道电压，这些参数从燃料轨道中的燃料压力(轨道压力)、电脉冲时间(T_on)和压电叠堆温度中来选择。更合适地，该方法根据至少轨道压力、T_on和压电叠堆温度来选择顶部轨道电压(并因此，间接地选择第三差分电压电平)。顶部轨道电压可以步进方式来控制，即，作为每个相关发动机参数与预定值相比较的结果，或更有利的，高压轨道(V_HI)的电压可与每个测量的发动机参数成比例地线性变化。
除了以上降低顶部轨道电压的被动机制，相应地，第三差分电压、驱动电路20a或替换电路也可用来主动地降低顶部轨道的电压。
在上述机制中，典型地，压电促动器11被再充电到顶部轨道电平。然而，在本发明的替换实施例中，除了ECU14确定(例如，从查找表或数据图)顶部轨道所需的适当的电压以得到促动器11上的第三差分电压并相应地调整该顶部轨道电压外；ECU14可替代地(或附加的)来确定增加所需的电荷量到压电促动器11所需的再充电时间，从而得到选定的第三差分电压电平。这被认为是降低第三差分电压电平的主动方式。可以确定的是，促动器可以再充电到比第一差分电压电平更低的差分电压电平，在缩短的时间周期里(T2到T3′)，向促动器提供充电电流(I_CHARGE)，在充电阶段结束时(即在喷射结束的T3′)，促动器上的差分电压比充电阶段刚开始(即，T0)之前的差分电压低。这个系统表示了一种开环充电控制策略，其中，为了得到预定的差分电压，可在选定的充电时间内施加充电电流。在开环系统中，由于没有在电压上控制充电电流，所以如果需要，在充电阶段结束时，可将其它电流脉冲施加到促动器上以修正第三差分电压电平。在充电时间T2到T3′之外，正如T0时刻对有关合适的放电电流的选择的描述，ECU14也可根据一个或多个发动机参数来选择充电电流(I_CHARGE)。
相比较而言，如果在燃料喷射活动之前，确定了有关发动机参数已经改变，例如，轨道压力已经增加到预定的阈值之上，那么促动器就需要更高的差分电压电平。这样，在ECU14的控制下，在增加的时间周期(例如，图3A中T2到T3)内促动器上施加充电电流(I_CHARGE)，以便在充电阶段结束时，在促动器11上设置更高的电压(例如第一差分电压电平V₀)。可以理解的是，在一些条件下，促动器能再次充电到比第一差分电压电平V₀更高的差分电压电平。本发明所述的方法尤其适合用在多个燃料喷射活动(在典型的情况下)，因为在先前燃料喷射活动期间，第一差分电压电平可能已经明显地下降。
正如上述的被动机制，压电促动器的充电时间(T2到T3；T2到T3′)可基于对测量的和预定的发动机参数值的比较来选择，进而按照步进方式调整第三差分电压；或者，所述充电时间可作为两个或更多发动机参数方程的线性方式来选择，这些参数包括轨道压力，T_on和压电叠堆温度。在线性方法中，ECU14将计算从一个喷射活动到下一个中的每个测量的(或估计的)发动机参数值的相对变化。因此，如果第二次喷射的轨道压力相比之前有所下降(为简化起见，假设其它的发动机参数没有变化)，那么就要控制喷射器以便在充电阶段结束时，喷射器的差分电压按照轨道压力减小的比例来降低：例如，通过适当地调整充电时间(T2到T3；T2到T3′)。如前所述，ECU14可从存储在其存储器中的数据中，通过首先确定与测量或估计的一个或多个发动机参数相关的喷射器需要的差分电压(例如，通过查找表或数据图)，选择适当缩短的充电时间。然后，ECU14(通过查找表或数据图)确定可以得到期望的差分电压电平的合适的充电时间。
有利的，尤其在调整第三差分电压电平的主动机制中，利用线性方式来选择第三差分电压电平，因为压电促动器的激励差分电压电平的任何变化在线性方式下都可容易地控制。
有利的，ECU14可以执行监控轨道压力和其它发动机参数并且选择喷射器差分电压电平的任务，因此，或者顶部轨道电压，或者充电时间，或者它们两者都要依靠发动机参数。例如，在非喷射状态下(T3到T0)，燃料喷射器的压电促动器11所需的差分电压电平，和开始喷射所需燃料的所需差分电压降(V₀到V₁)，甚至会明显地受到以下方式中轨道压力变化的影响。典型的，在整个轨道压力下，当喷射器在其非喷射状态时，促动器11的端子会施加+200V的差分电压，而主喷射开始时，差分电压可能会降低到例如-30V(即，230V的差分电压降)。然而，在最低的轨道压力下，主喷射可在喷射器的非喷射状态下在促动器端子两端的差分电压是大约+180V或更小时实现，并且在具有大约仅仅180到200V的差分电压降时开始燃料喷射活动。除了依靠发动机参数的作用外，还能依靠优化的差分电压电平，例如，喷射器设计和压电促动器的特性。
因此，本发明的益处在于，伴随促动器端子两端的最高差分电压(例如，200V和以上)，压电促动器经过缩短的时间周期，并由此，减小了促动器在运行期间承受的应力。作为其使用过程中的主要一部分时间(并且，由此，在其已知的操作模式下，其处于最高差分电压电平)，由于非喷射状态的燃料喷射器不通电，通过降低在非喷射状态下促动器的差分电压，可有效地提高促动器预期的使用寿命。
另外，可以理解的是，当发动机具有低的燃料需求时，例如在其处于怠速期间，仅仅需要少量的喷射燃料来保持发动机低速运行。为了喷射少量的燃料，燃料喷射器不必打开大的范围，并且，因此，其仅需要从压电促动器上去除少量的电荷。甚至当其上最初地具有相对少量的电荷，例如当促动器上的差分电压相对较低(例如100V)时，就可从压电促动器上去除少量的电荷。因此，如果轨道压力相对较低，就仅需要很小的阀针提升来燃料喷射，这样压电促动器上的绝对电荷对于喷射操作就不是关键的。在这些条件下，不损害喷射器的性能，压电促动器就能够容易地被再充电到低的激励差分电压并且用基本上由相对较低的打开放电来放电。
在一个实施例中，ECU14以线性方式依靠至少轨道压力和T_on来确定促动器的第三差分电压电平。例如，ECU14利用与轨道压力和T_on相关的预定数据图来选择合适的第三差分电压电平，从而在燃料喷射结束时对促动器再充电。可替换地，查找表、方程或比例函数可存储在ECU14中，并且用来确定适当的高压轨道(V_HI)的期望的电平，其具有相对应的低压轨道电压(V_LO)。有利的，也测量(或估计)压电叠堆温度并且与该值相对应地确定第三差分压电平。在一个实施例中，轨道压力和T_on的数据图用来得到第三差分电压电平的第一个值。在另一个实施例中，在确定差分电压电平的第一个值之后，利用基于压电叠堆温度的比例函数应用于第一个值从而得到对应于期望的第三差分电压电平或期望的高压轨道电压的第二个值。可以理解的是，第三差分电压电平根据基于轨道压力、T_on和压电叠堆温度(或任何其他相关的发动机参数)的三个单独比例函数来选择；或者利用关于重要的三个发动机参数相关的数据图或查找表的任何组合来选择。
前面描述的方法利用开环充电控制策略来获得第三差分电压。在另一个实施例中，也可利用闭环充电控制策略，通过该策略，可重复测量整个充电阶段(T2到T3，T2到T3′)在促动器上的电荷，例如，通过监控促动器上的电压来确定充电电平(即，使用Q＝C×V，这里Q＝电荷，C＝电容，V＝电压)。在这样的实施例中，充电电流施加于促动器直到获得期望电荷(相对于选定的第三差分电压电平)。
在其它的变型中，可以采用闭环电压控制策略，通过该策略，在整个充电阶段期间测量电压，当确定在促动器上得到了所选的第三差分电压电平时，结束充电电流。
控制流程图说明了计算压电促动器的第三差分电压电平(V₃)、或计算驱动电路所需的顶部轨道电压(VHI)的步骤，从而得出图5所示的需要的第三差分电压电平。在这个实施例中，ECU用来确定目标顶部轨道电压300(V_HI)，该电压是形成燃料喷射器中压电促动器上目标第三差分电压电平所需的。然而，如上所述，在另一个实施例中，第三差分电压可以被控制在电压300的下游，例如，通过选择充电时间以便促动器11未被完全充电到顶部轨道电压。
控制流程表包括两个相互作用的子模型，第一子模型100，该模型产生与轨道压力(P)和T_on相关的三维数据图110，和第二子模型200，该模型产生允许根据压电叠堆温度(Temp)来调整顶部轨道电压的比例因子210。由于从第二子模型200得到的压电叠堆温度，目标顶部轨道电压(V_HI)300是数据图110和比例因子调整的输出的乘积。
在第一子模型100中，通过沿着x轴轨道压力值111(例如，从0到2000bar)的比例和沿y轴的T_on值112(例如，从0到2000ms)的比例来定义数据图110。为了定义目标顶部轨道电压V_HI(在具体的燃料喷射活动中，其用以对压电促动器充电以达到第三差分电压电平V₃)，针对下一个燃料喷射活动测量的轨道压力(P)111a和计算的T_on112a被反馈到数据图110中，并且z轴依赖于这两个值设置了目标顶部轨道压力V_HI。
方便地，通过任何可以使用的合适的手段，利用布置的压力传感器来测量在发动机公共轨道中的燃料压力，从而确定轨道压力111a。例如，通过已知的ECU14的方式基于发动机需求(例如，根据发动机速度和负荷)来计算下一个燃料喷射的T_on(即，燃料喷射活动的燃料喷射阶段的长度)。
通过第一子模型得到的目标顶部轨道电压的值可基于默认的压电叠堆温度(Temp_DEFAULT)。该值等于，或大约等于，使用中的促动器11的压电叠堆的静态温度。在一些实施例中(压电促动器的第三差分电压电平仅根据轨道压力和T_on来选择，因此，假设促动器11处在默认的压电叠堆温度)，可将子模型110的输出(即，z轴的读数)当作目标顶部轨道电压V_HI。
第二子模型200的有利的功能是，当压电促动器在高差分电压电平的不良高温下作业时，限制其时间的长度。也就是说，在更高温度时，压电促动器可能处于应力增大的状态，通过降低压电叠堆上的激励差分电压，就可以延长压电促动器的寿命。
在第二子模式200下，可利用任何适当的方式来得到压电叠堆温度(Temp)211的估计值(或测量值)。例如，压电叠堆温度可以通过施加的温度传感器直接测量。可替换的，压电叠堆温度可通过计算来估计，例如，利用本申请人的已授权的欧洲专利EP1811164中所述的方法，其所有内容合并于此并落在本发明的范围之内。
EP1811164中所述的方法可用来确定叠堆的静态温度(即，当在规定的状况下，发动机参数已经平衡)，和叠堆的动态温度(即，当发动机运行参数不恒定时)。压电叠堆的静态温度的估计值可用来估计压电叠堆的动态温度。可选地，该方法包括直接地估计压电叠堆的动态温度，而不是首先计算其静态温度。
确定了压电叠堆温度(Temp)后，该确定的值将与对压电促动器的寿命和/或耐用性有影响的温度的预定数据进行比较。测量的或估计的压电叠堆的温度211受增益因子210的影响，该增益因子反映出了温度对例如促动器寿命或者促动器的相关应力的影响。将比例补偿(scale offset)212加到测量或估计的温度212和增益因子210的乘积上以产生数值因子，通过该数值因子，从数据图110中得到的压电叠堆的已确定的激励差分电压电平可依赖叠堆温度来调整。(i)比例补偿212与(ii)压电叠堆温度211和增益210的乘积之和输出压电叠堆温度和目标差分电压电平之间的线性关系。然而，这个值适合利用饱和函数213来调节，从而说明在温度211和对压电促动器应力或寿命的相反作用之间的非线性部分，并且来保证得到任何的目标顶部轨道电压的结果是在可接受的限度内的。例如，子模型200(即，比例因子或增益200与比例补偿212的总和)可以被校准到1(借助于饱和函数213)，这样当压电叠堆在其可接受的(或期望的)工作温度范围内时(例如，在100℃的温度或更低，例如在10℃到100℃之间)，从数据图110得到的目标顶部轨道电压就不会引起进一步变化。相反的，当确定的压电叠堆温度高于期望的水平(例如，高于100℃)时，比例因子或增益210和比例补偿212的总和可能就小于1，这样就会降低目标顶部轨道电压(和第三差分电压电平)，直到达到饱和函数213的下限，在该点处，再不会允许目标顶部轨道电压300降低，从而防止对发动机运行的不利影响。
在一些实施例中，顶部轨道电压V_HI可根据轨道压力和压电叠堆温度来确定。既然这样，可调整图5所示的模型，从而包括与目标顶部轨道电压、轨道压力和压电叠堆温度相关的数据图。第二子模型包括线性比例因子，该因子可根据另一个发动机参数，例如T_on来调整目标顶部轨道电压300。可替换地，与第一数据图110的输出相结合，测量或估计的压电叠堆可用在第二数据图中，从而推导出目标第三差分电压电平(V₃)或顶部轨道电压(V_HI)。
因此，可以理解的是，关于图5描述的本发明的实施例是如何将本发明所述方法用于实践的非限定性的例子。正如已经提到的，目标顶部轨道压力300可利用合适的数学方法，例如两个独立的数据图，来计算。然而，本发明有利的方法是在车辆发动机运行期间，将实际的最小响应输入并快速地计算出目标顶部轨道压力，从而允许其频率调整(如果需要)。在ECU14(其适于执行本发明所述的方法)中，扩大的存储器空间带来了经济成本问题，以及功能复杂和存储数据量会给程序运行时间/速度带来反作用。与线性比例因子(例如，在子模型200示出的)相比，数据图(例如，数据图110)可能要求相对更大的存储量(存储器)，并且图中的数据误差会要求较大量的处理时间。因此，在一些实施例中，例如图5中所示的，可能包括在相对于110的附加数据图中的压电叠堆温度的大小，被分离成线性校正或比例因子，这样就大大减少了在ECU14中需要的存储空间和处理时间。在一些实施例中，可根据两个或更多的基于默认顶部轨道电压的线性校正(比例因子)来计算目标顶部轨道电压，以便避免对数据图110的需求。
在燃料喷射期间或燃料喷射之前可计算目标顶部轨道电压(或第三差分电压电平)，假如其在喷射活动的充电阶段开始之前(例如，在点T2)已经被确定。在燃料喷射阶段(T0到T2)结束时，依靠有关发动机参数(例如，轨道压力、T_on和压电叠堆温度)来确定压电促动器11的目标第三差分电压电平，然后需要开始对促动器11的重新充电以达到那个电平(即，在T2到T3期间)。
在燃料喷射阶段期望的结束时刻，迅速停止发动机气缸中燃料的喷射，并具有合适的空气动力学或喷射器闭合轮廓是很重要的。在这方面，在T2燃料喷射阶段的结束是由响应于压电叠堆上电荷的增加(或促动器端子的电压)的促动器11的压电叠堆9的延伸来控制的(在非激励喷射器中)。
影响压电叠堆9的延伸速度的一个因素是，施加到促动器11上的充电电流(I_CHARGE)的大小。由于在非激励喷射器中充电电流引起了燃料喷射器的关闭，该充电电流也可称作“关闭电流”。采用已知的方式，充电电流(I_CHARGE)由发动机的ECU14合适地确定：例如，根据燃料喷射器(12a，12b)的指定的关闭轮廓。充电电流也可根据促动器11的压电材料的压电特性/属性来选择。在本发明的一个实施例中，ECU14设定默认的充电电流(I_{CHARGE-DEFAULT})，在没有任何附加影响因素的情况下，在T2，对初始速率的促动器11重新充电。压电叠堆充电的这个初始速率可以认为是代表了燃料喷射的初始关闭电流。在一些实施例中，期望的是，当促动器上的差分电压接近目标第三差分电压电平时，降低压电促动器11再充电的速率。在这些实施例中，ECU14提供了小于初级关闭电流的次级关闭电流。类似的电流控制机制可考虑用在T0到T1之间的放电电流。
与上述内容相关，图6示出了本发明中控制燃料喷射的替换方法的另一个实施例。在这个操作周期中，每个放电阶段(T0到T1)和充电阶段(T2到T3)都分别地包括初级和次级阶段。初级和次级阶段由各自的放电和充电阶段的时间周期和/或放电和充电阶段的电特性来表征。在图6的实施例中，放电阶段(T0到T1)包括初级放电阶段T0到T0.5，在此期间流出促动器的放电电流是第一个、大约恒定的电流(I_DISCHARGE-P)；和次级放电阶段T0.5到T1，在此期间流出促动器的放电电流是第二个、已降低的、大约恒定的电流(I_DISCHARGE-S)。类似地，充电阶段(T2-T3)包括初级充电阶段T2到T2.5，在此期间流入促动器充电电流处于第一电流电平(I_CHARGE-P)，和次级充电阶段T2.5-T3，在此期间流至促动器的充电电流处于已降低的RMS电平的电平I_CHARGE-S。在图示的实施例中，每个放电和充电阶段的次级阶段分别地包括放电和充电阶段整个持续时间的约最后50％。然而，很显然，次级放电阶段可以包括低于放电阶段的整个时间周期的100％的任何部分：例如，至少95％，至少90％、至少80％、70％、60％或至少50％。在一些实施例中，次级放电阶段包括放电阶段的整个持续时间的50％或更少，例如到40％、30％、20％或10％。在一些燃料喷射活动中，有利的，次级放电阶段包括了放电阶段的主要部分，例如从50-95％。
这些实施例的有益方面是，在放电阶段结束时，促动器对于电荷快速离开压电叠堆上的物理响应(即，压电叠堆的压缩)不太剧烈。这样，当快速切断相对大的放电电流时(会引起压缩速率快速变化)，可降低压电促动器经受的大的物理应力。如果没有理论上的限制，在一些燃料喷射器中，可设置压电促动器，使得其自身在延伸时比其相对压缩时更强壮。由此，在压缩的结束时，在压电促动器上施加的外力更可能破坏压电促动器。因此，提供包括初级和次级的放电阶段的放电阶段，其中，在次级阶段的放电电流(I_DISCHARGE-S)低于在初级阶段的放电电流(I_DISCHARGE-P)。
在一些燃料喷射活动中，例如，那些仅要求少量燃料喷射(例如，在低轨道压力)，或在高轨道压力的预喷射的情况下，放电阶段可仅包括初级放电电流。这个方式适合于这样的小量燃料喷射活动，因为只要从压电叠堆上去除少量的电荷(打开放电)，并且因此压电促动器上的应力是相对较低的。作为一般的规则，燃料喷射T_on越短，由次级放电阶段构成的放电阶段的比例就越小。
类似地，在一些实施例中，充电阶段(T2-T3)可包括电流I_CHARGE-P的初级充电阶段(T2-T2.5)和I_CHARGE-S的次级充电阶段(T2.5-T3)。次级充电阶段可包括整个充电阶段的任何比例，如以上关于放电阶段所述的。另外，与放电阶段一样，在存在次级充电阶段的情况下，有益的是，次级充电阶段过程中的充电电流(I_CHARGE-S)小于初级充电阶段过程中的充电电流(I_CHARGE-P)。典型的，次级充电阶段的持续时间和电流大小的存在是不依赖于次级放电阶段的持续时间和电流大小而选择的。
在一些燃料喷射活动中，放电和充电阶段都具有初级和次级阶段，其中，每个次级阶段由比各自的初级阶段更低电流来表征。在本发明有利的方法中，放电阶段具有初级和次级阶段，然而，同样的燃料喷射活动的充电阶段仅具有初级阶段。
为了调整放电电流，通过满足发动机燃料需求的在要求时间周期(T_on)内所需的量，ECU可首先确定打开燃料喷射器所需的打开放电量。ECU也可典型地确定打开放电量(即，从压电叠堆去除的电荷)，该放电量被需求通过所需量来打开燃料喷射器。ECU可设置RMS放电电流值以满足在喷射活动持续期间(T_on)的所需的打开放电。典型的，以认可的方式，RMS放电(和充电)电流是通过设置高于或低于阈值电流来控制的，并且在放电(或充电)阶段，放电开关Q2(或充电开关Q1，分别地)是按照阈值放电值的频率来打开和闭合的。这被称为放电和充电电流的振幅调制。燃料喷射活动包括初级和次级放电阶段，例如，每个阶段具有不同组的阈值电流，并且因此来控制放电开关Q2。
可以理解的是，尽管可选择地包括对应各自初级阶段的低电流的次级放电阶段和/或次级充电阶段，并且尽管增加了破坏压电促动器的风险，但是这样可能关系到长度的迅速变化，一般希望的是，放电和充电阶段在时间T0和T2，能够分别地快速地开始，以便促动器能快速响应于开始或终止燃料喷射活动的信号。
在传统的现有技术中，燃料喷射器系统的顶部轨道电压是保持恒定的，典型的，电流的打开和关断是预定的并存储在ECU中。这样，一般期望的是，每个主要燃料喷射活动应该具有同样的轮廓(例如，在喷射器打开和关闭速度和距离方面)，这样就可以获得已知的燃料喷射的速度和数量。然而，本发明认为压电喷射器现有的操作模式不能在所有的发动机状况下、也不能改变压电促动器上的激励差分电压电平的情况下得到一样的燃料喷射轮廓/样式。
在这方面，压电叠堆长度变化的速率(和因此压电燃料喷射器打开和关闭的轮廓)除了打开和关闭电流大小之外，也可受到一个或多个可变的发动机参数的影响。根据本发明，考虑到的可变的发动机参数可从下面来选择：轨道压力、施加在促动器11上的顶部轨道电压(V_HI)、和/或压电叠堆温度。在另一实施例中，可考虑的可变发动机参数可从：轨道压力、促动器11的激励差分电压电平(V₀)、和/或压电叠堆温度中选择。
因此，根据本发明，充电电流(I_CHARGE)可根据轨道压力、顶部轨道电压(V_HI)、和/或压电叠堆温度中的一个或多个来计算。在有利的实施例中，ECU14通过依靠选择的一个或多个发动机参数来调整默认电流，计算默认充电电流(I_{CHARGE-DEFAULT})的充电电流，从而得到目标充电电流(I_CHARGE)，该电流包括有关主要的发动机状况的一个或多个补偿。在特别有利的实施例中，通过对相对于存在的(或最新测量/估计的)轨道压力值、顶部轨道电压(V_HI)和压电叠堆温度的默认充电电流的补偿来计算目标充电电流(I_CHARGE)。例如，在发动机测试期间，根据怠速或平均发动机参数可确定默认充电电流。这个默认充电电流，例如可以是施加在一般运行模式下的充电电流，在这种情况下，无论发动机主要的状况是什么，都可以施加预定的充电电流。
再次参照图3和4，在T3，压电促动器11已经再充电到其第三差分电压电平(V3；V3′)，并且，在其后的任何点，可开始启动放电阶段来启动在随后的T0时刻的下个燃料喷射活动。
根据以上对关闭电流(或充电电流)的讨论，从压电叠堆去除从而在T0(在喷射器去激励状态)时刻开始燃料喷射的放电电流(或打开电流)的水平，IDISCHARGE，是在控制燃料喷射器打开轮廓的重要的因素，通过控制压电叠堆的压缩速率。因此，ECU14可依靠预期的燃料喷射量(例如，依靠发动机转速和负荷)来循序渐进地启动不同的放电电流。因此，在本发明的一个实施例中，ECU14设置默认的放电电流(I_{DISCHARGE-DEFALUT})，在没有任何与发动机参数相关的影响因素进行补偿的情况下，在T0时刻的速率下，对促动器11放电。
然而，如上所述，本发明认为压电促动器11对预定的默认放电电流的响应会受到一个或多个变化的发动机参数的影响。例如，通过本发明所述方法得到的，对压电促动器上的激励差分电压有益的降低意味着，在一些实施例中，用来对压电促动器再充电的驱动电路的顶部轨道电压(V_HI)，可从一个燃料喷射活动向另一个变化。由于按照T0时促动器上的差分电压，压电促动器11可能不同地反映到具体放电电流的大小(例如，默认放电电流，I_{DISCHARGE-DEFAULT})；在一个实施例中，本发明有利地根据在其充电状态下(即，V₃和/或V₀)的压电促动器11上的差分电压来确定放电电流。合适地，根据在T0时刻放电动作之前的促动器11上的差分电压，即在差分电压V0时，来确定放电电流。可以理解的是，在一些实施例中，可根据驱动电路20a的顶部轨道电压(VHI)来选择放电电流，因为，假定压电促动器11被再次充电到顶部轨道电压并且底部轨道电压(V_LO)是已知的。
其它可变的发动机参数，尤其是轨道压力和压电叠堆温度，可能也影响压电促动器对具体(例如，默认的)的放电电流的响应。在这个方面，压电叠堆的温度会影响在具体的差分电压电平下存储在压电促动器上的电荷的量。
因此，有利的，本发明根据轨道压力、促动器11上的差分电压(V₀)和压电叠堆的温度中的一个或多个来计算放电电流；获得目标放电电流，该放电电流是对主发动机状况的补偿。更有利的，通过当前(或最近测量/估计的)包括轨道压力、促动器11上的差分电压电平(V₀或V₃)和压电叠堆温度的参数的补偿默认的放电电流来计算目标放电电流(I_DISCHARGE)。因为放电电流引起去激励状态的燃料喷射器的打开，从而喷射燃料，所以放电电流也被称作打开电流。合适地，在T0前的任何点，由ECU14来计算下一个燃料喷射的放电电流(I_DISCHARGE)。方便的，在T3-T0的阶段期间计算放电电流，在这段时间里，促动器的激励差分电压电平的准确值是已知的。
很显然，在放电阶段T0-T1结束前，降低压电促动器的放电速率是有益的，由此在放电阶段结束时，压电叠堆的压缩速率没有快速变化，因此，压电促动器所承受的物理应力也会降低。因此，本发明可包括，如前所述的在周期(T0-T0.5)内施加第一量级的初级放电电流，之后是在周期(T0.5-T1)内施加量级减小的次级放电电流。
施加放电电流(或打开电流)，直到压电促动器上获得所需的、预定电压降，以得到压电促动器11(V₁)的期望的第二差分电压电平。通过将差分电压从第一电平V₀变到第二电平V₁/V₂(即，在T0和T2之间)，从压电促动器11上去除的电荷量可以得到并保持燃料喷射，可方便地称为“打开放电”，因为正是这些从压电叠堆去除的电荷量打开了燃料喷射器。处于第二差分电压电平的压电叠堆的长度反应了延伸，通过该延伸压电燃料喷射器打开并喷射燃料，并且结合燃料压力、燃料速率和数量，在喷射器保压周期内(T1-T2)，燃料被喷射到发动机的相关气缸内。
在一个实施例中，压电促动器11在T1时刻可被放电到预定的第二(低)差分电压电平。这样，压电促动器11放电后的电平独立地确定了促动器的充电后的电平。
在另一个实施例中，作为典型的现有技术中的燃料喷射系统，本发明的方法通过预定的差分电压降(例如，250V)来操作放电压电促动器11，而不考虑压电促动器11的第一差分电压电平。以已知的方式，预定的电压降可以基于发动机需求来选择。例如，对于主喷射，预定的电压降可以是250V；而如果发动机处于怠速，或导致预喷射，预定电压降可以低至50V。
然而，另一个压电促动器在其充电状态下，具有可变高差分电压的结果是，对于在促动器11的预定电压降(例如打开燃料喷射器)，促动器可放电到可变的低差分电压电平(即，第二差分电压电平)。例如，如果执行默认的放电电压降200V以开始主燃料喷射，那么在预放电电压+200V，促动器将被放电到0V；反之，如果促动器上的预定放电电压处于降低的170V，例如，同样的差分电压的变化就会导致更低的-30V的第二差分电压电平。
本发明认为，燃料喷射器的打开和关闭轮廓(其依赖于压电叠堆压缩/延伸的长度和速度)可依赖于在其充电和放电状态下(包括在促动器11激励和去激励之间的差分电压电平的变化)的压电叠堆的绝对差分电压电平和促动器充电或放电的速度。由此，通过改变压电促动器的充电差分电压电平(即第三差分电压电平)，相关的燃料喷射器的打开轮廓也可用来改变在T0时刻对随后的燃料喷射启动的预定的(默认)差分电压降和默认的放电电流(I_DISCHARGE)。因此，压电促动器在激励差分电压电平的上述变化会导致不同的燃料喷射轮廓，并且，因此，导致在不同的发动机状况和发动机燃料需求精确匹配失效的情况下，喷射不同量的燃料。
为了解决这个问题，本发明的方法还适当地包括打开放电补偿，如果需要，按照一个或多个发动机参数来调整打开放电。该一个或多个发动机参数通过轨道压力、充电促动器11上的差分电压电平(即，第一或第三差分电压电平)和压电叠堆温度来选择。在一个实施例中，按照轨道压力、充电促动器11上的差分电压电平(V₀)和压电叠堆温度来计算打开放电。打开放电补偿，就如前述的补偿，可通过默认的打开放电电平补偿来计算，例如，该默认的补偿可在发动机测试/装配过程中预设。默认的打开放电电平可以通过发动机燃料需求水平来选择，例如从查找表、数据图或其它函数，并且可基于预定的第一差分电压电平。典型的，第一差分电压电平是ECU14已知的或可以测量的。当然，可以理解的是，在一系列一个以上的燃料喷射活动中，第一差分电压电平等于第三差分电压电平。
有利的，本发明包括应用下述中的至少一个：(i)打开电流补偿，来选择打开电流，以在T0对压电叠堆放电的速率，以便启动燃料喷射活动，(ii)关闭电流补偿，来选择关闭电流，以在T2对压电叠堆充电的速率，以便结束燃料喷射活动，以及(iii)打开放电补偿，当燃料喷射活动发生时(即，T0到T2之间)，来选择从压电叠堆去除的电荷量。这样，燃料喷射的轮廓，包括由燃料喷射器喷射的燃料速度和数量可根据一个或多个发动机参数来调整。在更有利的实施例中，本发明可包括应用以下三个：打开电流补偿；关闭电流补偿；和打开放电补偿。以下参照图7描述了如何实现这个有利的实施例的非限定性的示例。
图7图示了控制流程图，所述步骤可用来计算：燃料喷射器中的(A)打开电流补偿400，(B)关闭电流补偿500(C)打开放电补偿600。可方便的使用每种补偿(400，500，600)来实现打开电流、关闭电流和打开放电的默认值，以分别地得到打开电流、关闭电流和打开放电的目标水平。
为了计算打开电流补偿400，首先，发动机的轨道压力水平410、激励差分电压电平(V₀)420和压电叠堆温度430或者通过测量得到，或者通过估计得到。有利的，轨道压力410、激励差分电压电平(V₀)420和压电叠堆温度430中的每一个的确定都是在下个燃料喷射活动之前立即作出的，例如，在紧接在补偿正在计算的之前的燃料喷射活动期间。在不可能利用这样最新的测量或估计值的情况下，可利用对每个参数最新得出的判定。为此，ECU14的存储器可以用来存储相对近来的发动机参数值。
如果轨道压力410确定在一个范围内下降，在这个范围压电叠堆对打开电流的变化不敏感，那么将确定的轨道压力410与饱和曲线411相比较，其可用来设置打开电流补偿400的轨道压力元素为0。例如，在一个实施例中，当燃料压力低于800bar时，压电叠堆对于打开电流的变化是敏感的，相反，燃料压力在800bar以上时，打开电流的变化就不会影响压电促动器11的响应。
类似地，对于激励差分电压电平(V₀)和压电叠堆温度430的确定的值与饱和曲线421、432分别地比较，以抵消任何打开电流补偿，其中激励差分电压电平(V₀)和压电叠堆温度是在压电促动器11对于打开电流敏感的水平。
为了在预定的默认打开电流下，计算与确定的轨道压力410对压电促动器11的响应的影响成比例的增益(或调整)，在412，轨道压力410的确定的值被参考作为预定线性比例函数。例如，当燃料压力410确定处于一定水平，在该水平下，压电促动器11对于打开电流改变的敏感性比其在预定默认条件下更强时，燃料压力增益将小于1，并且在相反的条件下，所述增益要大于1。这样，当压电促动器11承受燃料压力而变得对打开电流不太敏感时，相对于默认打开电流(I_{DISCHARGE-DEFAULT})要增加目标打开电流(I_DISCHARGE)，反之亦然。
同样，在422和432，激励差分电压电平(V₀)420和压电叠堆温度430的确定值被分别地与激励差分电压电平(V₀)和压电叠堆温度的预定线性比例函数进行比较，来计算分别与确定的激励差分电压电平(V₀)420和压电叠堆温度430对在预定的默认打开电流下压电促动器11的响应的影响成比例的增益。
在450，通过增加具有常数440的各个增益值计算组合增益或比例因子(即，各个增益412、422和432的平衡)。常数440对于创建与三个发动机参数目标打开电流相关的恰当的四维表面是必须的。
然后总增益450与另一个饱和曲线451相比较，其用于保证目标打开电流的函数被保持在压电促动器11操作时可接受的水平。因此，例如，如果默认打开电流是x安培，但是之前已经确定高于2x安培或低于0.5x安培的打开电流不利地影响压电促动器的操作并且是不可接受的，因此，饱和曲线451将调制任何组合增益450值到0.5-2.0的可接受的限度内。
已经依照饱和曲线451调制的组合增益450被应用于默认的打开电流(I_{DISCHARGE-DEFAULT})，以便计算目标打开电流(I_DISCHARGE)。在图示的实施例中，打开电流包括默认初级打开电流460(I_{DISCHARGE-DEFAULT-P})和默认次级打开电流470(I_{DISCHARGE-DEFAULT-S})，它们可以相同也可以不同。目标初级打开电流461(I_DISCHARGE-P)和目标次级打开电流471(I_DISCHARGE-S)最后通过相同的比例因子或增益451乘以默认值来计算。打开电流480中的百分比或比例变化用来按照方案600来计算打开放电补偿。
为了计算关闭电流补偿500，发动机的轨道压力水平510，激励差分电压电平(V₀)520和叠堆温度530或者通过测量得到，或者通过估计得到(如上所述)。应该注意到，轨道压力510、激励差分电压电平(V₀)520和压电叠堆温度530的值与对应的值410、420和430相同，其中也计算了打开电流补偿。
就在400中计算打开电流补偿方面来说，将确定的轨道压力510、激励差分电压电平(V0)520和压电叠堆温度530的值分别相对于饱和曲线511、521和531被参考，以在燃料压力510、激励差分电压电平(V₀)520和/或压电叠堆温度530的条件下使潜在的关闭电流补偿无效，在这些状况下，压电促动器11对关闭电流的变化是不敏感的。
在512，对于所述比例得到比例因子或增益，根据该比例必须调整默认关闭电流以补偿对主要燃料压力510的压电促动器11的影响。就象上面的412，通过参考预定的与燃料压力相关的线性比例函数来响应压电促动器11，方便地计算增益从而改变关闭电流。类似的，在522和532，激励差分电压电平(V₀)520和压电叠堆温度530的预定值，分别地与激励差分电压电平(V₀)和压电叠堆温度的预定线性比例函数相比，从而计算各个增益，这些增益与确定的激励差分电压电平(V₀)520和压电叠堆温度530分别对在预定的默认关闭电流下压电促动器11的响应的影响成比例。
在550，通过在常数540上加上各个增益值来计算每个发动机参数的各个增益的平衡。而后，总增益550与另一个饱和曲线551相比，其用于保证最后的目标关闭电流保持在压电促动器11操作的可接受的水平(如上述有关目标打开电流所述的那样)。
(已经依照饱和曲线551调制过的)组合增益550的值被应用于默认的关闭电流(I_{CHARGE-DEFAULT})，以便产生目标关闭电流(I_CHARGE)。关闭电流也包括默认初级关闭电流560(I_{CHARGE-DEFAULT-P})和默认次级关闭电流570(I_{CHARGE-DEFAULT-S})，它们可以相同也可以不同。目标初级关闭电流561(I_CHARGE-P)和目标次级关闭电流571(I_CHARGE-S)通过从551获得的相同的比例因子或增益乘以默认值来确定。
如上所述，通过首先确定的发动机轨道压力610、激励差分电压电平(V₀)620和压电叠堆温度630来有利地计算打开放电补偿600。这些变量分别与相应的变量410和510、420和520，及430和530相同。
就打开和关闭电流补偿(400和500)来说，计算的发动机参数610、620和630与饱和曲线611、621和631分别地相比较，以便在压电促动器11对打开放电的变化不敏感的发动机状况下去除补偿的可能性。
接下来确定比例因子/增益612、622和632，例如，通过参照预定的线性比例函数，以对打开放电进行调整，从而分别地补偿对参数610、620和630的压电促动器11的影响。而后，对于给出的原因，如果需要，就通过在常数640上增加各个增益值来计算总增益650，并且这可以参考饱和曲线651来调整。
在图示的实施例中，为了调整来自压电促动器的打开放电，放电电流初始化的时间(即T0)典型地保持恒定，即，存在预定的T0。相反，点T1和由此，打开时间(T1-T0)相对于默认打开时间被调整。这样，对于任何给定的(例如，默认的)打开电流，通过延长打开时间T1-T0，使得来自压电促动器的打开放电增加，并且通过缩短打开时间T1-T0，使得来自压电促动器的打开放电减少。图示实施例中的打开放电补偿包括初级打开时间(T0.5-T0)660，和次级打开时间(T1-T0.5)670的值。可以理解的是，T0.5对应于这样的时间点，在该时间点，次级放电(或打开)电流初始化。由此，在651，得到补偿比例因子，该因子表明在来自压电促动器11的打开放电中用于对燃料压力、激励差分电压电平(V₀)和压电叠堆温度的值进行补偿所需的比例或百分比变化。
在压电促动器上的打开放电会受到在400计算的打开电流变化的影响，并且也会受到打开时间，T1-T0(即在从促动器上去除打开或放电电流的时间周期)变化的影响。因此，在680，打开电流480的百分比或比例变化除以所需的打开放电的百分比或比例变化，从而确定是否在初级660和次级670打开时间内需要任何补偿。例如，如果打开电流补偿400计算在打开电流中需要10％的增加，而后来自压电促动器11的打开放电的相应的10％的增加将不会分别地对默认的初级和次级打开时间660和670产生任何变化。因此，如果在651，计算需要的打开放电补偿是0％，而后对打开电流的10％的增加的补偿，将需要缩小初级660和次级670打开时间10％。
因此，初级打开时间661的补偿值被计算为在680确定的附加补偿(对于需要的打开电流和打开放电补偿)和默认初级打开时间660的乘积。类似地，计算附加补偿680和默认次级打开时间670的乘积来确定补偿的次级时间671。典型的，将同样的比例或百分比补偿变化应用于初级和次级打开时间。
图7所述的模型表示一种方式，采用这种方式，打开电流、关闭电流和打开放电中的补偿可通过三个发动机参数来计算，这些参数是：燃料压力、激励差分电压电平和压电叠堆温度。本领域技术人员可例如基于示例实施例的发动机参数推导出其它数学模型或方程。另外，附加补偿和/或附加发动机参数可用在控制燃料喷射活动的所选的补偿计算中。因此，以上所述的实施例无论如何不旨在限制如权利要求所述的本发明的范围。
可以理解的是，此处详细叙述的及权利要求中的方法步骤，无论如何都不必按它们引入的顺序来执行，而是可以相反地或重新排序，同时仍能够提供与本发明相关的优点。
本发明的方法确定了可以降低去激励喷射器中压电促动器上的差分电压电平，上述实施例没有限制降低充电的压电促动器的差分电压电平的特别的方法。例如，充电的差分电压电平可由主动或被动的机制来降低。在被动机制中，用来对促动器重新充电的驱动电路中的顶部轨道电压(V_HI)被允许在每次燃料喷射活动之后逐渐降低而不是重新充电。主动机制包括：(i)改变压电促动器的充电时间以防止压电促动器重新充电到顶部轨道的满电压(V_HI)；(ii)通过操纵驱动电路的功能来有效地降低顶部轨道电压(V_HI)，但是任选地允许压电促动器重新充电到顶部轨道的满电压。在一些实施例中，优选使用被动机制来降低压电促动器上的差分电压，但是在一些情况下，优选使用主动机制，例如，以更快速地降低充电的促动器上的差分电压。
本发明也提供了一种操作包括具有压电叠堆的压电促动器的燃料喷射器的方法，其中，在使用时，喷射器与燃料轨道连通；所述方法包括：(a)在放电周期(T0-T1)向所述促动器施加放电电流(I_DISCHARGE)，使得所述叠堆从其第一差分电压电平(V₀)放电到其第二差分电压电平(V₁/V₂)(以便启动喷射活动)；(b)在一段时间内(T1到T2；“保压周期”)(在此期间保持喷射活动)保持所述第二差分电压电平；(c)在充电周期(T2到T3；T2到T3′)向所述促动器施加充电电流(I_CHARGE)，使得所述叠堆从其第二差分电压电平充电到其第三差分电压电平(V₃)(以便终止喷射活动)；其中，所述第三差分电压电平(V₃)是根据至少一个发动机参数来选择的，所述至少一个发动机参数选自：燃料轨道中的燃料压力(称作“轨道压力”，或“P”)、T_on(燃料喷射活动的工作时间)；和压电叠堆温度(Temp)；并且其中所述方法还包括应用下述中的至少一种：(i)放电电流补偿，以选择用于在步骤(a)中对所述叠堆放电的放电电流(I_DISCHARGE)；(ii)充电电流补偿，以选择用于在步骤(c)中对所述叠堆充电的充电电流(I_CHARGE)；和(iii)打开放电补偿，以选择从所述叠堆去除的电荷量，以获得步骤(b)中的第二差分电压电平；其中，在此描述了不同的发动机参数和方法步骤。