CN1166011C - 用于控制至少一个电容调节器的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于尤其给燃料喷嘴控制电容调节器的装置。该装置具有一个能量源(V)和充电电容器(C1)。在所述的充电电容器上并联地布置一个由变压器的一次线圈(w1)和充电开关(S1)组成的串联电路。在由变压器的二次线圈(w2)和放电开关(S2)组成的串联电路上并联地布置一个串联电路，使得第一串联电路由调节器(P1～Pn)及其所属的选择开关(A1～An)组成。在所述的充电开关(S1)和放电开关(S2)上并联一些二极管(D1，D2)。

Description

用于控制至少一个电容调节器的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于尤其给内燃机的燃料喷嘴控制至少一个电容调节器的装置。此外，本发明还涉及一种控制该装置的方法。
背景技术
在已知的用于控制电容调节器的装置中，充电过程是以振荡过程的形式把电荷从电荷源经再充电线圈而充到调节器上的，其中，再充电线圈的电感与所述电荷源及调节器的电容一起确定了所述充电和放电过程的时间常数(充电和放电时间)。
在US 5,130,598中公开过一种用于控制电容调节器的装置，其中，从能量源经过充电开关及线圈、并利用取决于流经所述调节器的电流和其上所施加的电压的电压脉冲来给一种压电调节器进行充放电。所述的能量源必须至少能提供与最大调节器电压相一致的电压，这便使得它和所述复杂电路的成本非常高。
日本专利摘要第017卷、第126号(M-1381)、1993.3.17和JP04308338 A(Nippondenso有限公司)、1993.10.30曾公开过一种用于借助变压器对电容调节器进行充电的装置，其中充电电流是未经控制地上升的，而且在通过脉宽调制达到预定值之后保持恒定，其放电也是未经控制地实现的，因为可以产生回答信号的电阻R1没有被设计成电流测量分路。
日本专利摘要第012卷、第454号(M-769)、1988.11.29和JP63183250 A(东京发动机公司)、1988.7.28曾讲述过一种用于压电调节器的控制电路，其中没有讲述脉冲式的工作。一次侧和二次侧都没有可以实现电流控制的电流测量。
US 5,543,679讲述过燃料喷嘴所使用的按照谐振方法的压电调节器的控制电路，其中调节器的充电是在电荷的单个振荡过程中经变压器实现的。放电是通过经另一个所连接的、且不带能量回收的线圈消除能量来实现的(图1、7和8)，或者利用附加的元件进行能量回收来实现(图10：变压器91，电容器93，二极管92、94和附加线圈95)。
在US 5,479,062中讲述过矩阵式打印机的压电调节器的控制电路。该控制是通过一种按照谐振方法的变压器来实现的。由于这种矩阵式打印机的针头总是尽可能快和以相同的力进行操作的，但不是依次而是同时操作的，因此，为所有的压电调节器只装设了一个单独的电压检测器和一个调节电路，所述的调节电路以一定的间隔控制各个调节器3的压电电压；但是由于所述的同时控制，每个压电调节器都需要一个自己的、具有晶体管和充放电开关的控制电路。充电电压的曲线是不可变的，只利用一个产生某种调节器电压的充电电流来实现振荡过程。由于能量在二次回路中被消灭，所以它也没有进行能量回收。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于控制至少一个电容调节器的方法，其中可以利用自由选择的充/放电过程时间和曲线等参量来对至少一个电容调节器进行充放电。本发明的任务还在于创造一种执行该方法的装置。
根据本发明的用于借助控制电路和变压器来控制至少一个电容调节器的装置，其中，所述变压器的一次线圈的一个端子被连接到能量源的一个极上，而其另一个端子则被接到充电开关和一个向一次线圈导通电流的第一二极管上，以及其中，所述变压器的二次线圈的一个端子被连接到所述至少一个电容调节器上，而其另一个端子则被接到放电开关和一个向二次线圈导通电流的第二二极管上，其特征在于：在所述的充电开关和所述能量源的另一极之间布置了一个用于测量一次侧充电电流的第一测量装置；在所述的放电开关和所述能量源的另一极之间布置了一个用于测量二次侧放电电流的第二测量装置；所述的第一二极管并联在充电开关上，或者并联在一个由所述充电开关和第一测量装置组成的串联电路上；而且所述的第二二极管并联在放电开关上，或者并联在一个由所述放电开关和第二测量装置组成的串联电路上。
优选地，在一个电容调节器上或在由各电容调节器及其所属的选择开关所组成的并联电路上串联地布置一个第三测量装置以测量二次侧的充电电流。
所述的电容调节器可被用于内燃机的燃料喷嘴。
有益的是，装设一个第四测量装置来测量所述的电容调节器的电压。
本发明还涉及用于控制所述的装置的方法，通过由变压器利用脉宽调制的且具有预定频率或占空比变化过程的充电或放电电流、并利用连续的脉冲序列或通过遮断预定脉冲序列的单个脉冲来实现对所述的至少一个电容调节器进行充电或放电。
根据一种改进方案，所述的占空比是通过脉冲时延确定的，该脉冲时延一直延续到所述的充电或放电电流达到一个预定值。
有利的是，从一个能量源给所述的至少一个电容调节器充电，而且所述的能量源被实施为具有可控输出电压的、且并联有一个充电电容器的DC/DC变换器。
可以持续地充电所述的电容调节器，直至达到一个与确定的电荷、确定的能量值或确定的偏移相对应的电容调节器电压。
附图说明
下面参考附图来详细讲述本发明的实施例。其中：
图1示出了由于执行本发明方法的装置的原理电路图，
图2示出了控制信号图和所产生的调节器电压，以及
图3示出了被扩展的装置的电路图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，首先来讲述被用来执行本发明方法的装置。
对于如图1所示的譬如用于给内燃机的燃料喷嘴控制电容调节器P1～Pn的装置，其原理电路由一个能量源进行供电，在该实施例中该能量源包括一个由舰用电源供电的且可调节输出电压的DC/DC变换器V和一个被充电到其输出电压的充电电容器C1。
在充电电容器C1上并联了一个由变压器Tr的一次线圈w1和充电开关S1组成的串联电路。在参考电位GND和所述一次线圈w1同充电开关S1相连的端子之间布置了一个二极管D1，该二极管的导通方向为从参考电位GND到一次线圈w1。
所述变压器Tr的二次线圈w2的一个端子通过放电开关S2与参考电位GND相连，其中，在参考电位GND和所述二次线圈w2同放电开关S2相连的端子之间布置了另一个二极管D2，该二极管的导通方向为从参考电位GND到二次线圈w2。
在所述二次线圈w2的另一端子和参考电位GND之间布置了需要控制的电容调节器。如果象图1所示的那样布置了多个调节器，则这些调节器相互并联地布置，其中，在每个调节器P1～Pn上串联了一个与参考电位GND相连的选择开关A1～An。
在本发明的另一改进方案中，在二次线圈w2和所述的一个或多个调节器之间还布置了一个譬如为低通滤波器的滤波器F。
所述充电开关S1、放电开关S2以及选择开关A1～An等的控制信号和用于调节所述DC/DC变换器V的输出电压的控制信号由一个未示出的控制电路输出，该控制电路可以是发动机控制设备的一部分。
本发明的装置有个优点，即所述的能量源只须产生比所述调节器上所需的电压要低得多的电压，而且可以任意地确定所述的充放电时间和调节器上的电压Up，以产生一个确定的偏移，此外还可以任意地确定所述调节器电压Up的充放电变化过程。
所述用于控制调节器-此处是调节器P1(其它调节器的控制以相同的方式实现)-的装置根据本发明方法简单地工作，现对本发明的方法作说明如下：
在开始状态下，所有的电容调节器P1～Pn被放电，所有开关S1、S2和A1～An不导通，而且充电电容器C1被充电到所述DC/DC变换器V的预定输出电压。
所述充电开关S1、放电开关S2以及选择开关A1的控制信号和由此产生的调节器电压Up如图2所示。
如果需要给调节器P1充电，则控制所述选择开关A1在充电开始的时间点导通。它将保持导通到所述调节器P1被再次放电时的时间点t4。
在预定的充电电压情况下，为了充电所述的调节器，以预定的频率和预定的占空比在脉冲工作模式下利用预定数目的脉宽调制信号来控制所述的充电开关S1。在充电开关S1的导通状态期间，流经一次线圈w1的电流上升，并在时间点t1因所述充电开关S1的断开(非导通控制)而被关断。
在一次侧的所述非导通阶段，在与匝数比w1/w2相对应的电流情况下将会在二次绕组w2的两端出现一个脉冲形的电压，该电压在滤波器F中被平滑，而且所述的调节器P1利用每个电流脉冲继续充电，直到在预定的脉冲数量之后在时间点t2大致到达预定的调节器电压Up。在充电调节器时，二次回路通过选择开关A1和二极管D2被闭合。
充电时间t2-t1譬如可以是100μs～200μs，它可以按照占空比进行变化，其中脉冲的数量应与所需的调节器电压Up相匹配。
调节器从时间点t3开始同样利用脉冲调制信号以如下方式进行放电，即脉冲形地控制放电开关S2导通和不导通，由此使调节器电压Up下降，并在时间点t4时下降到0。放电时间t4-t3同样可以按照占空比进行变化。在此，电流从调节器开始经滤波器F、二次线圈w2、放电开关S2和选择开关A1再流回到调节器。
在每次断开放电开关S2时，一部分放电能量被传送到变压器Tr的一次侧，并被重新存储到充电电容器C1中。一次电流回路通过二极管D1闭合。
这种被控制的工作并是不令人满意的，其原因在于，由于电路的、尤其是变压器的温度变化和容差的缘故，只能近似地确定充电电压或充电能量或电荷，并由此只能近似地确定调节器的偏移。
因此，在图3所示的扩展电路中以两个电流测量电阻R1、R2的形式分别在充电开关S1或放电开关S2和参考电位GND之间加入了第一和第二测量装置，以便在未示出的控制电路中借助该测量电阻R1上的电压降来测量与其成比例的一次充电电流，以及借助测量电阻R2上的电压降来测量与其成比例的二次放电电流，并据此来调节所述调节器的充放电。
也可以测量调节器电压Up，并将其与预定的阈值进行比较。该调节器电压Up可以识别出调节器何时被充电到一个与确定的能量或电荷或确定的偏移相对应的电压。如果所述的调节器通过寄生电阻慢慢地自放电，则所述的电压也可以在较长的保持阶段内(在充电和放电之间)被用来再充电所述的调节器。
在此，二极管D1和D2可以象图3所给出的解决方案a那样被并联到由充放电开关S1、S2和测量电阻R1或R2所组成的串联电路上；但它们也可以象解决方案b那样只被并联到充放电开关S1、S2上，并与相应的测量电阻R1、R2相串联。由此可以通过测量电阻R1在一次侧测量充电电流，以及必要时通过与预定的阈值相比较而被限定在某些值上；通过测量电阻R2可以在二次侧测量放电电流。
如果在二次侧也测量充电电流，那么为此可以使用一个第三测量装置、也即测量电阻R3，该测量电阻被布置在参考电位和所有选择开关A1～An的共同连接点之间，如图3的解决方案c所示。
为了在二次侧测量充电电流，也可以考虑所述的第二测量装置-测量电阻R2-，但在该情形下在该第二测量装置上为负的电压降，从而需要较昂贵的测量电路。
利用该电路，此时可以根据所述的测试量并利用恒定值或通过改变充电电容电压、所述脉宽调制信号的频率及占空比(最后还可通过预给定一些电流阈值以用于同所述借助测量电阻R1及R2所求得的充放电电流进行比较，以及利用充放电开关S1和S2的顺序-连续的脉冲序列或单个脉冲的缺省)来针对各个调节器产生所述调节器电压的充放电曲线的所有可能形状和时延。可以利用预定的恒定能量值或电荷值、利用与相应调节器的取决于温度的电容相匹配的能量值或电荷值、或利用能促使相应调节器产生所需的偏移的能量值或电荷值来控制每个调节器。
此外，利用该方法可以补偿电路的特性和容差，譬如变压器Tr的铁心特性。

Claims (8)

1.用于借助控制电路和变压器(Tr)来控制至少一个电容调节器的装置，
其中，所述变压器(Tr)的一次线圈(w1)的一个端子被连接到能量源(V)的一个极上，而其另一个端子则被接到充电开关(S1)和一个向一次线圈导通电流的第一二极管(D1)上，以及
其中，所述变压器(Tr)的二次线圈(w2)的一个端子被连接到所述至少一个电容调节器(P1...Pn)上，而其另一个端子则被接到放电开关(S2)和一个向二次线圈导通电流的第二二极管(D2)上，
其特征在于：
在所述的充电开关(S1)和所述能量源(V)的另一极之间布置了一个用于测量一次侧充电电流的第一测量装置(R1)，
在所述的放电开关(S2)和所述能量源(V)的另一极之间布置了一个用于测量二次侧放电电流的第二测量装置(R2)，
所述的第一二极管(D1)并联在充电开关(S1)上，或者并联在一个由所述充电开关(S1)和第一测量装置(R1)组成的串联电路上，而且
所述的第二二极管(D2)并联在放电开关(S2)上，或者并联在一个由所述放电开关(S2)和第二测量装置(R2)组成的串联电路上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
在一个电容调节器(P1)上或在由各电容调节器(P1...Pn)及其所属的选择开关(A1...An)所组成的并联电路上串联地布置一个第三测量装置(R3)以测量二次侧的充电电流。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的电容调节器被用于内燃机的燃料喷嘴。
4.如权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于：
装设一个第四测量装置来测量所述的电容调节器的电压(Up)。
5.用于控制权利要求1所述的装置的方法，其特征在于：
通过由变压器利用脉宽调制的且具有预定频率或占空比变化过程的充电或放电电流、并利用连续的脉冲序列或通过遮断预定脉冲序列的单个脉冲来实现对所述的至少一个电容调节器(P1...Pn)进行充电或放电。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述的占空比是通过脉冲时延确定的，该脉冲时延一直延续到所述的充电或放电电流达到一个预定值。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
从一个能量源(V)给所述的至少一个电容调节器(P1...Pn)充电，而且所述的能量源被实施为具有可控输出电压的、且并联有一个充电电容器(C1)的DC/DC变换器。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
持续地充电所述的电容调节器(P1...Pn)，直至达到一个与确定的电荷、确定的能量值或确定的偏移相对应的电容调节器电压(Up)。
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